9. 

10. Шифраторы. Назначение. Таблица состояний. Функциональная схема. Параметры. Примеры использования.

Шифратор - это логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n разрядный двоичный код. Таким образом, шифратор - это комбинационное устройство, реализующее обратную дешифратору функцию.

Пример шифратора для трех переменных.

Таблица состояния шифратора:

Схема шифратора семиразрядного позиционного кода в трехразрядный двоичный код приведена на рис. 2.12.

10. Мультиплексоры. Принципы работы мультиплексора. Таблица состояния. Функциональная схема мультиплексора 4 – 1. Параметры.

Э то устройство которые имеют n входов и один выход, который при определенной комбинации обеспечивает подключения к выходов к одному из n входов. Электронный комутатор. Нужны для не только для РС, но и для управления технологическими процессами, объектами производственными и не производственными (кораблями и ракетами), и поэтому эти устройства имеют много датчиков (температыра, местоположение). Если для обработки всех этих сигналов использовать персональные компьютеры, то количество этих вычислительных устройств получится очень большим, но эта идея не является абсолютно абсуртной, т.к. используют для этого не большие персональные компьютеры, а микропроцессоры, контроллеры. Но подход с одной центральной вычислительной машиной, и обработать все приходимые данные не может. Используется подход последовательного подключения, с использованием устройств называемых мультиплексоры. Сперва подключается один элемент ко входу компьютера, затем второй, третий, и т.д. Механически представляется в виде механического ключа.

В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.

Р

Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах.

ассмотрим таблицу истинности логического элемента "И-НЕ":

Теперь один из входов элемента будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход – как управляющий. По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход Y подан логический уровень '0' сигнал со входа X на выход Out не проходит. При подаче на управляющий вход Y логической '1', сигнал, поступающий на вход X, поступает на выход Out. То есть логический элемент "И" можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно какой из входов элемента "И" будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой - в качестве информационного. Остаются только объединить выходы элементов "И" на один выход. Это делается при помощи элемента "ИЛИ". Такая схема коммутатора приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема мультиплексора, выполненная на логических элементах.

В этой схеме можно одновременно включать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора включают дешифратор. Это позволяет управлять переключением входов микросхемы на выход при помощи двоичных кодов:

Рисунок 3. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом.

Мультиплексор изображается на принципиальных схемах как показано на рисунке 4.

Р исунок 4. Обозначение мультиплексора на принципиальных схемах.

Мультиплексор это функциональный узел, осуществляющий подключение (коммутацию) одного из нескольких входов (D0-D7) на выход (Y).

Здесь A1-A3 адресные входы. На них подается двоичный код указывающий номер подсоединяемого к выходу входа из набора D0-D7. Например, на адресные входы подана комбинация 011, в этом случае с выходом Y будет соединен вход D3.

D0-D7 информационные входы. На них подается информация для передачи на выход. E- разрешающий вход.

D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	A2	A1	A0	Y
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	D0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	D1
0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	D2
0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1	D3
0	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0	D4
0	0	0	0	0	1	0	0	1	0	1	D5
0	0	0	0	0	0	1	0	1	1	0	D6
0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	D7

Т

Рисунок 5. Мультиплексор.

аблица истинности для этого мультиплексора представлена на рис. 6.

Рисунок 6. Таблица истинности мультиплексора

Соответственно таблице истинности можем записать для первой строки: D0·A2·A1·A0.  Инверсия над сигналами адреса ставится тогда когда значение сигнала в соответствующей строке равно нулю. D0 входит в это выражение потому, что его значение в этой строке равно логической единице. В столбце Y в этой строке стоит D0, потому что входной сигнал D0 согласно адресу 000 проходит в этом случае на выход Y.

По аналогии для второй строки запишем: D1·A2·A1·A0, и.т.д.

Объединяя выражения, записанные для семи строк таблицы по функции ИЛИ, получим булево выражение, отражающее таблицу истинности:

Y=D0·A2·A1·A0+D1·A2·A1·A0+D2·A2·A1·A0+D3·A2·A1·A0+ D4·A2·A1·A0+D5·A2·A1·A0+D6·A2·A1·A0+D7·A2·A1·A0.

Ф

Рисунок 7. Функциональная схема мультиплексора.

ункциональная схема, соответствующая полученному выражению, показана на рис.7.

Мультиплексор  передает сигнал с одного из информационных входов xi на единственный выход y, причем номер этого входа равен десятичному эквиваленту двоичного кода на адресных входах ai. Если имеется вход разрешения выхода OE, то "0" на этом входе должен перевести выход в пассивное состояние (последняя строчка таблицы 1.). Рассмотрим мультиплексор "4 в 1", имеющий 4 информационных входа и log4 = 2 адресных входов.

Таблица 1.

Величина x может принимать любые значения. Количество входных переменных равно 7, и таблица истинности должна иметь 128 строк. В табл.1 в 4-x основных строках упаковано 64 исходных (с учетом значений x0 ... x3) и в последней строке, остальные 64 строчки. Анализ 0 строки, приводит к выводу,что y=x0, если a1=0 И a0=0 И OE=1, независимо от переменных x1 ... x3. Поэтому для этого входного набора можно записать: y=x0*OE*~a1*~a0. Аналогично записывается y для остальных трех наборов переменных. Общее решение тогда будет иметь вид:

y = OE(x0*~a1*~a0 + x1*~a1*a0 + x2*a1*~a0 + x3*a1*a0). (1)

Применяя аксиомы двойного отрицания и двойственности к правой части уравнения получим:

y = ~(OE*x0*~a1*~a0)+ ... +~(OE*x0*a1*a0).(2)

Выражению (2) соответствует схема, приведенная на рис.8,

Рисунок 8. Рисунок 9.

а ее условное обозначение и механический аналог на рис. 9. Если на адресные входы подать комбинацию a1a0 = 11(BIN) = 3(DEC), то к выходу y будет подключен вход D3, при условии, если OE=1. Мультиплекcор может иметь инверсный выход, а также третье состояние этого выхода, которое отмечается на схеме ромбом с поперечной чертой.

Мультиплексоры находят широкое применение в вычислительной технике, например многие выводы у микропроцессоров "мультиплексированы", т.е. к одному выходу подключается несколько внутренних источников различных сигналов. Это могут быть сигналы линий шины данных и шины адреса, передаваемые последовательно во времени, что позволяет сократить общее число выводов микропроцессора. Если сравнить выражения, то можно увидеть их тождественность, при fi = xi и OE = 1. Следовательно, с помощью мультиплексора с "n" адресными входами можно реализовать любую ЛФ с "n" переменными, подавая на инфрмационные входы мультиплексора значения fi.