Построение схем классического дешифратора и мультиплексора требуемой размерности

Устройства, оперирующие с двоичной информацией, подразделяются на два класса: комбинационные (или автоматы без памяти) и последовательностные (или автоматы с памятью). Комбинационные устройства не обладают памятью в том смысле, что сигналы на их выходах в любой момент времени однозначно определяются сочетанием сигналов на их входах в этот же момент времени и не зависят от предыдущих состояний.

Логические элементы являются простейшими комбинационными устройствами.

Комбинационные устройства отличаются большим разнообразием, однако среди них можно выделить ряд типовых, наиболее часто встречающихся на практике и реализуемых в виде отдельных ИС в различных сериях микросхем. К таким комбинационным устройствам можно отнести: дешифраторы, шифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры, компараторы, схемы формирования и контроля разряда паритета и множество других схем.

Дешифратор

Дешифратор (декодер) – это комбинационное устройство с несколькими входами и несколькими выходами, у которого каждой комбинации входных сигналов соответствует активный уровень на одном из выходов. Классический дешифратор преобразует n-разрядный двоичный код в унитарный код, т.е. код, содержащий разрядов, только один из которых равен 1, при этом номер этого разряда является десятичным эквивалентом двоичной комбинации, поданной на n входов дешифратора. Сказанное можно считать словесным заданием функции дешифратора. Для аналитического задания необходимо считать, к примеру, что число входов дешифратора n=3, тогда число выходов 2ⁿ = 8. Если обозначить входы x₀ – x₂, а выходы – y₀ – y₇, аналитическое задание функции дешифратора такой размерности будет выглядеть следующим образом:

В соответствии с этим аналитическим описанием может быть построена схема дешифратора размерностью 3х8, в соответствии с рисунком 2.1, где представлено его условное графическое отображение (УГО).

Дешифраторы как самостоятельные функциональные узлы в виде отдельных микросхем входят в состав многих серий ИС.

Кроме информационных или адресных входов x, большинство дешифраторов снабжаются одним или несколькими разрешающими или стробирующими входами Е. Их наличие может быть отображено и в аналитическом описании путем включения в каждую конъюнкцию четвертого элемента Е. Это означает, что при разрешающем сигнале на входе Е дешифратор выполняет свою функцию, а при запрещающем – дешифратор блокирован, т.е. на всех его выходах пассивные уровни вне зависимости от комбинации на адресных входах.

Основное назначение входа стробирования состоит в обеспечении возможности с его помощью синхронизировать работу дешифратора с работой остальных функциональных узлов, входящих в какое-либо устройство.

Кроме того, вход стробирования может быть использован при наращивании разрядности дешифраторов. Дешифраторы как самостоятельные ИС имеют не более 16 выходов. При необходимости построения дешифратора с большим числом выходов используется пирамидальный принцип наращивания разрядности, когда в основании пирамиды устанавливается столько дешифраторов, сколько необходимо, чтобы получить требуемое число выходов. Одноименные адресные входы этих дешифраторов объединяются и образуют группу младших адресных входов синтезируемого дешифратора. В вершине пирамиды устанавливается дешифратор со столькими выходами, сколько дешифраторов установлено в основании пирамиды. Выходы этого дешифратора соединяются с входами стробирования соответствующих дешифраторов основания пирамиды, а его входы образуют группу старших адресных входов синтезируемого дешифратора.

Подобным образом решается задача №2.

Задача №2.

Используя 1 корпус микросхем К155КП2 и необходимые логические элементы. Сентезировать принципиальную схему мультиплексора размерностью 8х1 со стробированием.

Необходимый дешифратор синтезирован в соответствии с рисунком

Рис 2.2 мультиплексор размерностью 8х1 со стробированием.

2.2.

Все входы стробирования получившегося дешифратора соединены таким образом, что при подаче любой комбинации на входы D2–D3 работает только одна секция из четырёх секций дешифратора 4х16. А комбинацией, поданной на входы D0–D1, определяется выход работающей секции, на котором будет установлен активный уровень.

Основное назначение дешифратора состоит в том, чтобы выбрать (адресовать, инициализировать) один объект из множества находящихся в устройстве.

Мультиплексор

Мультиплексором называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входов на единственный выход. В этом смысле можно уподобить мультиплексор многопозиционному переключателю.

Входы мультиплексора по функциональному назначению делятся на информационные, адресные (или селектирующие) и разрешающие (или стробирующие). Подачей на селектирующие входы кодовой комбинации осуществляется выбор соответствующего этой комбинации информационного входа, подключаемого к выходу мультиплексора, а сигнал на стробирующем входе разрешает это подключение. У большинства мультиплексоров реализуется следующее правило выбора: к выходу подключается тот информационный вход, номер которого в двоичном коде подан на селектирующие входы.

Сказанное можно считать словесным заданием функции мультиплексора. Для аналитического задания положим, например, что число селектирующих входов n=3 и обозначим их A1 – A3. Тогда число информационных входов равно 2ⁿ = 8. Обозначим их D0 – D7. С учетом этого аналитическое выражение для функции, реализуемой на выходе мультиплексора, можно записать следующим образом:

На основании этого выражения представлена схема мультиплексора в соответствии с рисунком 2.3.

Наращивание разрядности мультиплексора просходит аналогично наращиванию разрядности дешифратора.

Задача №3.

Используя два корпуса микросхем К155КП2 и необходимые логические элементы, синтезировать принципиальную схему мультиплексора размерностью 8х1 со стробированием.

Решение задачи представлено в соответствии с рисунком 2.4. Здесь вход стробирования Е, являющийся адресным входом мультиплексора 8х1, включает верхнюю микросхему, если на него подана логическая единица, и включает нижнюю секцию, если на него подан логический ноль. Адресные входы А1–А2 выбирают один из входов DI0–DI7 работающей микросхемы, сигнал с которого будет направлен на выход 7 или 9. Для того, чтобы на выходе мультиплексора 8х1 всегда присутствовал активный уровень, применяется логический элемент «ИЛИ».

Рис 4.2 мультиплексор со стробированием размерностью 8х1.