2. Дешифратор

Результат работы двоичного счетчика, если он не используется для обработки внутри цифрового устройства, должен быть представлен в удобном для человека виде, т. е. в виде десятичного числа. Для преобразования двоичного кода в десятичный служат устройства, называемые дешифраторами. Десятичный код, используемый в цифровых устройствах, может иметь несколько разновидностей, определяемых конкретным типом индикатора, на котором высвечивается десятичная цифра.

Р ассмотрим десятичный позиционный код. Он используется в газосветных индикаторах, в которых каждая цифра, выполненная из тонкой проволоки, имеет только один контакт для подачи напряжения. Дешифратор, обслуживающий такой индикатор, должен иметь десять выходов, на одном из которых должна присутствовать логическая единица, включающая соответствующую цифру в индикаторе. Эта цифра должна соответствовать двоичному числу на входе дешифратора. То есть каждой десятичной цифре соответствует определенная позиция логической единицы на десяти выходах. Отсюда и название – десятичный позиционный код. Дешифратор, работающий в таком коде, должен иметь десять выходных контактов и четыре входных, на которых записывается счетчиком двоичное число. Четыре входа необходимы, так как десятичные числа восьмерка и девятка записываются четырехразрядными числами 1000 и 1001. На схеме такой дешифратор изображается так, как показано на рис. 5.5.

Внутренняя структура дешифратора (один из вариантов) показана на рис. 5.6. Общий подход, которым можно пользоваться при построении дешифраторов, такой. Поскольку необходимо контролировать состояние четырех входов, возьмем, например, четырехвходовые логические элементы 4И. Каждый такой элемент должен выдавать на выход единичку при появлении на входах одной какой-либо комбинации, соответствующей десятичной цифре. Таких элементов необходимо иметь десять штук. Понадобится еще и другие логические элементы – инверторы, как сейчас будет видно. Рассмотрим, например, как дешифруется цифра три. Ее двоичный код 0011.

Рис. 5.6

Прямо на четыре входа логического элемента DD4 такой код подавать нельзя, так как при этом на его выходе будет нуль, а требуется, чтобы этот элемент выдал единичку при появлении на входах кода тройки. Для этого нужно логические уровни третьего и четвертого разрядов инвертировать, используя инверторы DD11 и DD12, и уже после этого подать их на входы элемента DD4. Для других цифр также понадобятся инверторы на остальные разряды. То есть уже можно видеть, что всего понадобится десять четырехвходовых элементов 4И и четыре инвертора.

Другой вид десятичного кода – семисегментный код. Дешифраторы такого кода обслуживают семисегментные индикаторы, в которых десятичные цифры синтезируются комбинацией из семи светящихся сегментов. В таком дешифраторе имеется, также как и в предыдущем, четыре входа, но теперь уже только семь выходов. На рис. 5.7 показано обозначение такого дешифратора на принципиальных схемах.

Рис. 5.7

3. Регистр

Р егистры – это устройства, которые могут хранить информацию в виде кода (двоичного). Ввод информации в регистр может производиться двумя способами: последовательный ввод и параллельный ввод. При последовательном вводе информация подается на один вход в виде временной последовательности единиц и нулей. Считывание информации производится по команде в виде логической единицы, подаваемой на другой вход, который называется тактовым. Поясним работу регистра в режиме последовательного ввода (см. рис. 5.8).

Это четырехразрядный регистр, в котором информация может быть записана на четырех его выходах, обозначенных цифрами 1, 2, 3 и 4. Записываемая информация подается на вход D. Допустим, что на вход D подана логическая единица. На выходах регистра ничего не будет изменяться до тех пор, пока на вход С (тактовый вход) не будет подан импульс напряжения. По окончании импульса, т. е. по его заднему фронту, запишется логическая единица со входа D на выход 1. Теперь уберем единицу со входа D и дадим следующий импульс (такт) на вход С. При этом единица, записанная в предыдущем такте на выходе 1, сместится на выход 2, а на выходе 1 запишется нуль, присутствующий в это время на входе D. Снова подадим на выход D единицу и дадим следующий такт на вход С. При этом на выходе 3 запишется единица с выхода 2, на выходе 2 запишется нуль с выхода 1, а на выходе 1 запишется единица со входа D. И наконец, оставив единицу на входе D, дадим еще один такт на вход С. Вся информация на выходах сместится на один разряд, а на освободившийся младший разряд 1 запишется единица со входа D. Таким образом, поданная последовательно на вход D комбинация 1011 оказалась записанной на выходах регистра в виде одновременно (параллельно) существующих единиц и нулей, причем первый во времени разряд этой последовательной комбинации является старшим разрядом двоичного числа, записанного на выходе. Регистр, работающий описанным способом, называется сдвиговым регистром. Он может превращать последовательный код двоичного числа в параллельный код. Кроме того, он может сдвигать записанную на его выходах информацию в обе стороны. Такой регистр называется реверсивным и имеет еще один вход. Подавая на этот вход нуль или единицу, можно сдвигать тактовыми импульсами информацию влево или вправо.

Рассмотрим работу регистра, в котором запись информации производится параллельно. Обозначение этого регистра показано на рис. 5.9.

Рис. 5.9

Входная информация набирается на входах D1 ... D4 (это также четырехразрядный регистр). После того как информация набрана, подадим тактовый импульс на тактовый вход С. При этом произойдет запись входной информации сразу по всем четырем разрядам, т. е. состояния входов D1, D2, D3 и D4 запишутся на выходах 1, 2, 3 и 4 соответственно.

Часто функции последовательной и параллельной записи информации объединяются в одном устройстве. Такое устройство называется универсальным регистром.