1.3 Цифровые вентили

Всякое цифровое устройство строится из логических элементов, называемых вентилями, и элементов памяти.

Вентили реализуют логические функции, в числе которых прежде всего следует упомянуть функции двух переменных И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и функцию одной переменной НЕ. Условные графические изображения вентилей и функции, реализуемые ими, приведе­ны на рисунке 1.1.

Входы и выходы вентилей принимают логические значения 0 и 1, представ­ляемые, например, уровнями напряжения при электронной реализации вен­тилей или уровнями давления при пневматической реализации. Какой уро­вень напряжения считать 0, а какой 1 при электронной реализации вентилей — служит предметом договоренности.

Рисунок 1.1 – Условное графическое обозначение и таблицы истинности цифровых вентилей

Элементы данных хранятся в элементах памяти. Для хранения данных, принимающих 2ⁿ различных значений, может быть использован упорядо­ченный набор из п элементов памяти, n {1,2, ...}, каждый из которых спо­собен хранить 1 бит информации. Так, в случае n = 3 набор различных зна­чений состоит из следующих восьми: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Например, при хранении значения 011 первый элемент памяти хранит зна­чение 0, второй — 1 и, наконец, третий элемент также хранит значение 1.

1.4 Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексором назы­вается комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников информации в один выходной канал. Согласно определению, муль­типлексор должен иметь один выход и две группы входов: инфор­мационные и адресные. Код, подаваемый на адресные входы, определяет, какой из информационных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку л-разрядный двоич­ный код может принимать 2" значений, то, если число адресных входов мультиплексора равно и, число его информационных вхо­дов должно равняться 2ⁿ.

Логическая схема мультиплексора, и условное графическое обозначение мультиплексора на примере ИС типа 555КП7 показаны на рисунке. 1.2.

Число информационных входов реально выпускаемых промыш­ленностью микросхем мультиплексоров не превышает трех. Поэто­му в случае необходимости иметь большее число входов из имею­щихся микросхем строят структуру так называемого мультиплексорного дерева.

Рисунок 1.2 – Логическая схема и условное графическое обозначение мультиплексора

Демулътиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от одного источника информации в несколько выходных каналов. Демультиплексор в общем случае имеет один информационный вход, п адресных входов и 2" кодам, подаваемым на вход, ко­ды, снимаемые с выхода устрой­ства.

1.5 Шифраторы и дешифраторы

Шифратором, или кодером назы­вается комбинационное логическое устройство для преобразова­ния чисел из десятичной системы счисления в двоичную. Входам шифратора последовательно присваиваются значения десятичных чисел, поэтому подача активного логического сигнала на один из входов воспринимается шифратором как подача соответствующе­го десятичного числа. Этот сигнал преобразуется на выходе шиф­ратора в двоичный код. Согласно сказанному, если шифратор имеет п выходов, число его входов должно быть не более чем 2". Шифра­тор, имеющий 2" входов и п выходов, называется полным. Если число входов шифратора меньше 2", он называется неполным.

Логическая схема устройства, шифратора приведена на рис. 1.3.

Основное применение шифратора в цифровых системах — это введение первичной информации с клавиатуры. При нажатии любой клавиши на соответству­ющий вход шифратора подается сигнал логической «1», который и преобразуется на выходе в дво­ично-десятичный код.

Дешифратором, или декоде­ром называется комбинационное логическое устройство для пре­образования чисел из двоичной системы счисления в десятичную. Дешифра­тор относится к классу преобра­зователей кодов. Каждому входному двоичному числу ставится в соот­ветствие сигнал, формируемый на определенном выходе устройства. Таким образом, дешифратор выполняет операцию, обратную шиф­ратору.

Рисунок 1.3 – Логическая схема 4-разрядногно шифратора