Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы дискретных автоматов
.pdf
Формула мультиплексора 4 : 1
)3210( DABDABDABDABVF
.
В мультиплексорах ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) входные
информационные сигналы проходят через несколько логических элементов.
Поэтому такие приборы могут обрабатывать только импульсные сигналы, логические уровни которых находятся в пределах, допустимых для устройств
ТТЛ (от 0 В до +15 В).
Мультиплексоры КМОП (комплементарные металл-оксид полупроводниковые) строятся на основе двунаправленных вентильных ключей. На рис. 2.3
представлена принципиальная схема одного канала.
Рис. 2.3. Принципиальная схема одного канала
мультиплексора КМОП
Поскольку ключи КМОП обладают способностью проводить ток в двух
направлениях, такие мультиплексоры с равным успехом могут быть использованы и в обращенном режиме в качестве демультиплексоров – устройств, коммутирующих сигналы от одной шины к нескольким.
Общий ввод информационных сигналов используется как выходной для
мультиплексора или как входной для демультиплексора. Такие устройства называют мультиплексор-демультиплексор.
В отличие от мультиплексоров ТТЛ здесь сигнал от входа к выходу проходит без преобразования его в промежуточных элементах микросхемы, поэтому приборы КМОП могут быть использованы для коммутации импульсных и
аналоговых сигналов.
Разрешающий вход служит для тех же целей, что и в микросхемах ТТЛ.
Сигнал нулевого уровня на этом входе обеспечивает нормальную работу прибора. Напряжение высокого уровня на этом входе запирает все ключи, разрывая
цепи информационных сигналов.
31
Мультиплексоры могут использоваться как универсальные логические
0
1
элементы, реализующего любую логическую функцию, содержащую до n + 1
переменной, где n – число адресных входов мультиплексора. Применение этого
свойства особенно оправданно, когда число переменных достаточно велико.
Один мультиплексор в этом случае может заменить несколько корпусов с логическими элементами вида И, ИЛИ, НЕ. Синтез таких схем довольно прост и
осуществляется на основе словесного описания функции или по таблице истинности.
Использование мультиплексора в качестве универсального логического
элемента основано на общем свойстве логических функций независимо от числа аргументов всегда равняться логической единице или нулю
Y = f(X1, X2, … Xp, …, Xn) =
.
Если на адресные входы мультиплексора подавать входные переменные,
зная, какой выходной уровень должен отвечать каждому сочетанию этих сигналов, то, предварительно установив на информационных входах потенциалы нуля и единицы согласно программе, получается устройство, реализующее требуемую функцию. На рис. 2.4 изображены таблица истинности функции «исключающее ИЛИ» и реализующая ее схема мультиплексора.
а б
Рис. 2.4. Реализация функции «исключающее ИЛИ» на мультиплексоре:
а – таблица истинности; б – схема мультиплексора
Как следует из таблицы истинности для функции «исключающее ИЛИ»,
сочетаниям Х2 Х1 = 00 и Х2 Х1 = 11 отвечает значение логического нуля, а двум
другим Х2 Х1 = 01 и Х2 Х1 = 10 – логической единицы.
Мультиплексоры служат в качестве коммутаторов – распределителей информационных, сигналов и синхроимпульсов, для мультиплексирования данных.
32
2.2. Демультиплексоры
&
&
DD1
DD2
DD3
A
F
0
F
1
A
D
F0
F1
Демультиплексоры в функциональном отношении противоположны
мультиплексорам. Здесь сигналы с одного информационного входа распределяются в желаемой последовательности по нескольким выходам. Выбор нужной выходной шины, как и в мультиплексоре, обеспечивается кодом на адресных входах. При n адресных входах демультиплексор иметь до 2n выходов. Демультиплексор 1 : 2 имеет один информационный вход и два выхода (рис. 2.5).
а б
Рис. 2.5. Демультиплексор-селектор вида 1 : 2:
а – логическая схема; б – релейно-контактный аналог
Вход D – информационный, вход А – адресный, потенциал на этом входе
определяет, на каком из выходов будут формироваться сигналы, повторяющие х.
Когда А = 1, верхний элемент И заперт и на выходе его F0 = 0 нижний
элемент, напротив, открыт и работает как повторитель информационных сигналов F1 = D. При А = 0 заперт нижний элемент F1 = 0, а верхний пропускает
входную информацию F0 = D. Демультиплексоры ТТЛ с большим числом выходов работают по тому же принципу, только имеют более сложную схему.
Логическая схема простого демультиплексора вида 1 : 4 представлена на
рис. 2.6.
Здесь А и В – адресные входы, х – информационный вход, V – разрешающий. Схема функционирует согласно таблице истинности (рис. 2.7). Номера
выходных выводов соответствуют двоичному коду на адресных входах (А –
младший разряд).
33
Работу демультиплексора описывают следующие логические уравнения
ABVxF )(
0
ABVxF )(
1
ABVxF )(
2
ABVxF )(
3
≥1
≥1
≥1
≥1
1
≥1
1
1
x
V
A
B
A BA
B
F
0
F
1
F
2
F
3
DC
0
A
B
E
1
2
3
Y
На условных графических обозначениях у демультиплексоров в основном
поле помещают символ DMX.
;
;
;
.
34
а б
Рис. 2.6. Логическая схема демультиплексора вида 1 : 4
ABVxF )(
0
ABVxF )(
1
ABVxF )(
2
ABVxF )(
3
Рис. 2.7. Таблица истинности демультиплексора 1 : 4
Дешифраторы и демультиплексоры широко применяются в дискретной
автоматике и информационно-измерительной технике.
Демультиплексоры служат в качестве коммутаторов – распределителей
информационных, сигналов и синхроимпульсов, для демультиплексирования
данных и организации адресной логики в статических оперативных и постоянных запоминающих устройствах (SRAM и ROM).
2.3. Дешифраторы
2.3.1. Линейный дешифратор
Линейный дешифратор (декодер, coder) – это устройство, преобразующее
n–разрядный двоичный код в код «один из 2n». Такой дешифратор называется
линейным. Линейный дешифратор (рис. 2.8, а) можно рассматривать как обращенный по входам демультиплексор, у которого адресные входы стали информационными, а бывший информационный вход, на который подается напряжение определенного уровня, поддерживает напряжение выходных выводов в активном состоянии.
На условных графических обозначениях дешифраторы (рис. 2.8, б) обозначают как DC. Символ «×» показывает, что значение логического сигнала
(ноль или единица) не влияет на работу схемы.
Работу дешифратора описывают следующие логические уравнения
;
;
;
.
35
≥1
≥1
≥1
≥1
1
≥1
1
1
x
V
A
B
A BA
B
F
0
F
1
F
2
F
3
(×) 1
0 (×)
DC
0
A
B
E
1
2
3
Y
Логическая схема линейного дешифратора вида 2 : 4 преобразует двухразрядный двоичный код в код «один» из четырех». Это означает, что каждому
входному набору двоичного кода соответствует четырехразрядный код, отличающийся только одним разрядом.
Если данный разряд равен логическому нулю, то это линейный дешифратор с инверсными выходами.
Если данный разряд равен логической единице, то это линейный дешифратор с прямыми выходами.
Рис. 2.8. Логическая схема линейного дешифратора вида 2 : 4
а б
36
A0 = 1
B0 = 1
A1 = 0
B1 = 1
Рис. 2.9. Таблица истинности линейного дешифратора 2 : 4
Дешифраторы используются для организации адресной логики в оперативных и постоянных запоминающих устройствах, а также для преобразования
двоично-десятичного кода в десятичный для управления индикаторными.
2.3.2. Матричный дешифратор
Матричный дешифратор 4 : 16 является многоступенчатым (рис. 2.10), в
который входят один прямоугольный и два линейных дешифратора DD1 и
DD2.
Рис. 2.10. Логическая схема матричного дешифратора 4 : 16
37
На два линейных дешифратора поступает адресный двоичный код
DC
D
1
g
f
e
DD1
2
1
4
8
c
b
a
d
D
2
D
3
D
0
HG1
g
f
e
c
b
a
d
g
f
e
c
b
a
d
А1В1А0В
ческих элементов 2-ИЛИ, которые находятся на пересечении строк и столбцов
выходов двух линейных дешифраторов.
дает код «один» из четырех» на строки, а второй дешифратор с инверсными выходами DD2 (2 : 4) – код «один» из четырех» на столбцы. Таким образом, формируется код «один из шестнадцати», обеспечивающий выбор только одного
активного логического элемента для каждого кода линейных дешифраторов.
А1В1А0В
на выходе которого будет логический ноль (на всех остальных логическая единица).
поминающих устройствах (DRAM).
.
0
Прямоугольный дешифратор представляет матрицу из шестнадцати логи-
Первый линейный дешифратор с инверсными выходами DD1 (2 : 4) пере-
Например, при поступлении на вход линейных дешифраторов кода
= 0111 будет выбран седьмой логический элемент (штриховые линии),
0
Матричные дешифраторы применяются в динамических оперативных за-
2.3.3. Сегментный дешифратор
Дешифраторы (преобразователи кодов), работающие с сегментными индикаторами (рис. 2.11), преобразуют двоично-десятичный код 8-4-2-1 в семисегментный код abcdefg (рис. 2.12).
38
Рис. 2.11. Дешифратор и семисегментный индикатор
01
231
)( DDDDF
02
130
)( DDDDF
Рис. 2.12. Таблица истинности семисегментного индикатора
Индикатор называется семисегментным из-за того, что отображаемый
символ строится из отдельных семи сегментов. Внутри корпуса такого индикатора находятся светодиоды, каждый из которых засвечивает свой сегмент. Например, дешифратор двоично-десятичный код 0101
2-10
= 5
преобразует в сег-
10
ментный код 10110112, который зажжет сегменты acdfg.
2.4. Шифраторы
2.4.1. Линейный шифратор
Линейный шифратор (кодер, encoder) – это устройство, преобразующее
код «один из 2n» в n–разрядный двоичный код.
Линейный шифратор 4 : 2 (рис. 2.13) преобразует «один из четырех» в 2–
разрядный двоичный код. Работу шифратора описывают следующие логические уравнения
;
.
39
&
1
1
1
&
=1
=1
&
&
D3
D2
D1
D0
F1
F0
33
DF
232
DFF
1231
DFFF
01230
DFFFF
а б
Рис. 2.13. Линейный шифратор 4 : 2:
а – логическая схема шифратора; б – таблица истинности
Линейные шифраторы используются в устройствах ввода информации с
цифровой клавиатуры. Нажатая клавиша подает сигнал на определенный вход
шифратора, и на его выходе формируется двоичное число, соответствующее
символу клавиши.
2.4.2. Приоритетный шифратор
Приоритетный шифратор состоит из схемы выделения старшей единицы
и линейного шифратора. Схема выделения старшей единицы (СВСЕ) преобразует 4-раз-рядный код Джонсона в код «один из четырех» (рис. 2.14). Работу
СВСЕ описывают следующие выражения
;
;
;
.
Выходные сигналы СВСЕ F3, F2, F1, F0 подаются на линейный шифратор,
который преобразует код «один из четырех» в двоичный 2-разрядный код.
Приоритетный шифратор используется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) параллельного (мгновенного) преобразования.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]