Универсального кодера.
|
Входы |
Выходы |
||||||||
№ комбинации |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
A2 |
A1 |
A0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
X |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
X |
X |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
X |
X |
X |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
5 |
X |
X |
X |
X |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
6 |
X |
X |
X |
X |
X |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
7 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
Теперь можно составить схему устройства. То, что практически во всех строках есть неопределённые значения, позволяет значительно упростить схему восьмеричного кодера.
Наиболее простое решение получается для старшего разряда. Здесь можно обойтись схемой логического элемента “4ИЛИ”. Для получения единичного сигнала в выходном сигнале ‘2’ в 6 и 7 строках таблицы истинности достаточно объединить входные сигналы ‘7’ и ‘6’. Точно также добавляются строки 2 и 3, однако здесь уже потребуется дешифрация входных сигналов 2, 3, 4 и 5. Результирующая принципиальная схема восьмеричного кодера приведена на рисунке 6.15.
Рисунок 6.14 – Принципиальная схема восьмеричного кодера
В настоящее время шифраторы (кодеры) выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в виде готовых блоков составе других микросхем, таких как параллельные АЦП. Условно-графическое обозначение шифратора приведено на рисунке 6.15.
В качестве примера интегрального исполнения шифраторов можно назвать такие микросхемы отечественного производства как К555ИВ1 (восьмеричный шифратор) и К555ИВ3 (десятичный шифратор).
Рисунок 6.15 – Условно-графическое обозначение восьмеричного шифратора
6.5 Мультиплексоры
Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько выходов к одному входу. Иными словами, мультиплексор – это коммутатор, у которого есть несколько входов и один выход. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей с электронным управлением:
Рисунок 6.16 – Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах
Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.
В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. Поэтому желательно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.
Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ элементах.
Попробуем использовать в качестве электронного ключа уже знакомые нам логические элементы. Рассмотрим таблицу истинности логического элемента "2И". При этом один из входов логического элемента "2И" будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход – как управляющий. Так как оба входа логического элемента "2И" эквивалентны, то не важно какой из них будет управляющим входом.
Пусть вход X будет управляющим, а Y – информационным. Для простоты рассуждений, разделим таблицу истинности логического элемента “2И” на две части в зависимости от уровня логического сигнала на управляющем входе X, как это показано на рисунке 6.17.
X |
Y |
F0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Рисунок 6.17 – Таблица истинности логического элемента “2И”.
По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход X подан нулевой логический уровень, сигнал, поданный на вход Y, на выход F0 не проходит. При подаче на управляющий вход X логической единицы, сигнал, поступающий на вход Y, появляется на выходе F0.
Это означает, что логический элемент "2И" можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно, какой из входов элемента "2И" будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой – в качестве информационного. Остается только объединить выходы элементов "2И" на один выход. Это делается при помощи логического элемента "ИЛИ" точно так же как и при построении схемы по произвольной таблице истинности. Получившийся вариант схемы коммутатора с управлением логическими уровнями приведен на рисунке 6.18.
Рисунок 6.18 – Принципиальная схема мультиплексора,
выполненного на логических элементах
В схемах, приведенных на рисунках 6.16 и 6.18, можно одновременно подключать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления таким коммутатором требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора обычно включают двоичный дешифратор, как показано на рисунке 6.19. Такая схема позволяет управлять переключением информационных входов мультиплексора при помощи двоичных кодов, подаваемых на его управляющие входы. Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.
Рисунок 6.19 – Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом
Условно-графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора с управлением двоичным кодом приведено на рисунке 6.20. Входы A0 и A1 являются управляющими входами мультиплексора, определяющими адрес информационного входного сигнала, который будет соединён с выходным выводом мультиплексора Y. Информационные входные сигналы обозначены как X0, X1, X2 и X3.
Рисунок 6.20 – Условно графическое обозначение мультиплексора
В условно-графическом обозначении названия информационных входов A, B, C и D заменены названиями X0, X1, X2 и X3, а название выхода Out заменено на название Y. Такое название входов и выходов более распространено в отечественной литературе. Адресные входы обозначены как A0 и A1.
Особенности построения мультиплексоров на КОМП элементах.
При работе с КМОП логическими элементами электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент "И" в качестве электронного ключа не используется. Схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП транзисторах, приведена на рисунке 6.21.
Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет десятки Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП транзисторе, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в точном соответствии со схемой, приведённой на рисунке 6.16. Это существенно упрощает схему устройства.
Рисунок 6.21 – Схема электронного ключа, выполненного на МОП транзисторах
МОП мультиплексор может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. При этом только следует не забывать, что такая схема не выдерживает отрицательных напряжений. Это означает, что для коммутации аналоговых сигналов необходимо использовать дополнительную схему смещения, так чтобы значения аналогового сигнала находились в диапазоне от потенциала общего провода схемы до напряжения питания мультиплексора. При работе с мультиплексором, собранным на таких ключах, необходимо дополнительно включать на его входе и выходе логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно (не вызывать затухания сигналов). Следует отметить, что в большинстве схем цифровых устройств это условие выполняется автоматически.
В мультиплексоре по логике его работы требуется подключать к выходу только один из входных сигналов, поэтому точно так же, как и в ТТЛ микросхемах для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рисунке 6.22.
Условно-графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, то есть КМОП мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рисунке 6.20.
Рисунок 6.22 – Схема КМОП мультиплексора
В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырёхканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырёхканальным мультиплексором, выполненным по КМОП технологии.