4.3.5. Комбінаційні цифрові інтегральні пристрої (комбінаційні цифрові мікросхеми)

Комбінаційні цифрові пристрої реалізують різні перетворення двійкових цифрових сигналів на основі комбінаційних логічних функцій. Основними типами таких пристроїв є суматори, шифратори і дешифратори, перетворювачі кодів, схеми рівнозначності кодів, схеми порівняння двійкових чисел, порогові схеми і мажоритарні елементи, мультиплексори і демультиплексори.

Суматори. Повний суматор - це пристрій, призначений для підсумовуван­ня трьох однорозрядних двійкових чисел, з яких два однорозрядних двійкових числа є доданками і одне однорозрядне двійкове число - значення переносу доданків. Розглянемо операцію складання двох чисел, для прикладу, ХІ=0110 і дс2=1101. Операція складання здійснюється від молодшого до старшого розряду порозрядно з врахуванням переповнення молодшого розряду:

Рис. 4.33. Схеми суматорів двох однорозрядних двійкових чисел:

а — на логічних елементах; б-з використанням суматорів однорозрядних.

Півсуматор виконує операцію підсумовування двох однорозрядних двійкових чисел без врахування переносу з молодшого розряду.

Реалізацію суматора, що складається з логічних елементів, наведено на рис.4.33,а, повний однорозрядний суматор на двох півсуматорах - на рис. 4.33,6.

Для підсумовування n-розрядних чисел необ-хідно п-1 однорозряд-них повних суматорів і один півсуматор у нульовому розряді.

Рис. 4.34. Суматори: а - К155ИМ1; б - К155ИМ2; в - К155ИМЗ.

Промисловість виготовляє у вигляді мікросхем суматори: однорозрядні К155ИМ1 (ТТЛ); дворозрядні К155ИМ2 (ТТЛ); чотирирозрядні К155ИМЗ (ТТЛ), К555ИМ6 і К555ИМ7 (ДТТЛШ), К561ИМ1 (КМОП) та ін. На рис. 4.34 наведено умовне графічне позначення мікросхем одно-, дво- і чотирирозрядних суматорів. Входи А і В - входи однорозрядних двійкових чисел, вхід С - вибір кристала; Р - вихід переносу при підсумовуванні старших розрядів, S -виходи результатів підсумовування двох розрядів.

На основі суматорів можна формувати порогові схеми, коли необхідно аналізувати k сигналів із п входів, тобто коли k вхідних сигналів дорівнюють "1". Аналогічно можна формувати мажоритарні схеми, коли необхідно ана­лізувати "1" на входах k = (n+1)/2 або більше число вхідних сигналів рівних "1".

Перемножники. Комбінаційні суматори дякуючи високій швидкодії застосовують в різних пристроях обробки цифрової інформації. На їх основі будуються пристрої перемноження чисел. Для перемноження двох чисел А і В можна просто число А додати до самого себе В раз. Це можна виконати комбінаційними суматорами, але більш швидше і економічніше просте додавання замінити додаванням із зсувом. Як видно з прикладу, часткові добутки однозначно визначаються множеним і черговим бітом множника. Частковий і-й добуток або дорівнює множеному, якщо В_і=1, або дорівнює нулю, якщо В_і=0. кожний слідуючий частковий добуток зсунутий на один розряд по відношенню до попереднього. Остаточний добуток отримується послідовним додаванням часткових добутків. Функціональна схема, що реалізує даний алгоритм на основі повних комбінаційних суматорів, показана на рис. 4.35. Операнди повних суматорів А_і В_j отримують за допомогою 2-входових схем. І аналогічно S₁ = А₁ В₁.

П риклад. 1 1 0 1 - множене

0 1 0 1 - множник

1 1 0 1

0 0 0 0 - часткові добутки

1 1 0 1

0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 1 - добуток

А₄ А₃ А₂ А₁

В₄ В₃ В₂ В₁

А₄В₁ А₃В₁ А₂В₁ А₁В₁

А₄В₂ А₃В₂ А₂В₂ А₁В₂

А₄В₃ А₃В₃ А₂В₃ А₁В₃

А₄В₄ А₃В₄ А₂В₄ А₁В₄

S₈ S₇ S₆ S₅ S₄ S₃ S₂ S₁

А₄В₁ А₃В₂ А₃В₁ А₂В₂ А₂В₁ А₁В₂ А₁ В₁

А₄В₂ А₃В₃ А₄В₃ А₁В₃

А₄В₃ А₃В₄ А₂В₄ А₁В₄

А₄В₄

S₈ S₇ S₆ S₅ S₄ S₃ S₂ S₁

Рис. 4.35. Функціональна схема додавання із зсувом

Дешифратори (декодери). Повним дешифратором називається комбінаційна схема, яка має п входів і 2ⁿ виходів, що реалізують на кожному виході сигнал, який відповідає відповідній комбінації числа на вході, тобто кожній комбінації значень вхідних сигналів відповідає тільки один сигнал на виході. На рис. 4.35 наведено графічне позначення дешифратора. Функціонує дешифратор наступним чином. Якщо, для прикладу, на вхід мікросхеми К155ИДЗ подати двійкове число 0110, то на виводі № 14 буде сигнал.

Промисловість на сьогодні виготовляє низку спеціальних дешифраторів, які одночасно можуть керувати як індикаторами, так і аналоговим ключами.

Шифратори (кодери) виконують функцію, зворотну дешифраторам, тобто перетворюють унітарний код у двійковий або двійково-десятковий. Якщо з вихідних шин знімається ^-елементний код, то на вхід подається 2^к комбінацій у вигляді сигналів. Графічне зображення шифратора подано на рис. 4.36.

До комбінаційних елементів належать і перетворювачі кодів, які викорис­товуються для дешифрації і шифрації цифрової інформації і перетворюють m-елементний код у п-елементний,

Рис. 4.37. Перетворювач коду К155ПП5

Рис. 4.36. Шифратор з пріоритетом К555ИВ3

Рис. 4.35. Дешифратор К155ИД3

при цьому відношення між числами т і п може бути довільне. Графічне зображення перетворювача двійкового коду для 7-сегментного індикатора наведено на рис. 4.37.

Мультиплексори. Мультиплексором називають комбінаційну схему, яка має п+2ⁿ входів і один вихід, де п - число адресних входів, а 2ⁿ- число інформаційних входів. Кожній адресі відповідає свій інформаційний вхід, сигнал якого при даній адресі і стробі проходить на вихід. Основним призначенням мульти­плексора є комутація 2ⁿ вхідних сигналів в один у вигляді послідовного коду.

С хема мультиплексора на 16 ка­налів зі стробуванням наведена на рис. 4.38. На входи D подається ком­бінація двійкового коду (дані у ви­гляді паралельного коду), послідов­ність передачі яких на вихід F зада­ється адресою на входах А. Зміна адреси повинна відображатися у такт подачі стробуючого імпульсу на вхід sq. Таким чином формується послі­довний код інформації, яка надійшла на входи мікросхеми у вигляді пара­лельного коду.

Рис.4.38. Мультиплексор

Демультиплексор. Демультиплексор (розподілювач) виконує функцію, протилежну функціям мультиплексо­ра. У демультиплексора є один вхід і кілька виходів (рис. 4.39).

Принцип роботи демультиплексора аналогічний мультиплексору, тільки вико­нує функцію розподілення послідовного коду у паралельний відповідно до поданої адреси на входи А. Необхідна присутність стробуючого імпульсу на вході S, частота зміни адреси повинна відповідати частоті стробу.

Поєднання комбінаційних цифрових схем дозволяє розробляти системи розпізнавання об'єктів через присвоєння їм відповідного коду (числа), спрощувати систему передачі і прийняття інформації по провідниках.

1 В алгебрі логіки логічне додавання позначається знаком , а логічне множення - , інверсія – знаком інверсії над змінною (наприклад )

151