14.7. Дешифраторы

Дешифраторами (ДШ) называются управляющие узлы цифровой электроники, которые на основе распознавания различных входныхn-разрядных двоичных комбинаций, являющихся кодами выполняемых команд, операций, адресов, букв, цифр и т. д., формируют только им соответствующий выходной сигнал (импульс). Достаточно часто дешифраторы называют декодерами (от англ.Decoder(DC)). В зависимости от содержания раскодируемой входной информации ихклассифицируютдешифраторами команд (ДК), дешифраторами кодов операций (ДКО), дешифраторами кодов адреса (ДКА), дешифраторами десятичных цифр, буквенно-цифровой информации и т. д.

Сформированный на выходе ДШ соответствующий входной комбинации электрический сигнал используется различными исполнительными узлами цифровой электронной техники: распределителями импульсов управляющих устройств, исполнительными устройствами технологических систем, формирователями адресных токов записи или считывания информации запоминающих устройств, устройствами отображения информации на цифровых знаковых ячейках, блоками цифровой печати и т. д.

Принцип работы ДШ (DC) удобно рассмотреть на примере одной из схем двоично-десятичного дешифратора, служащего для преобразования входной двоичной комбинации (позиционного двоичного кода) в соответствующий только ей выходной импульс (унитарный код, называемый «1 изN»). Это реализуется формированием управляющего сигнала на выходном проводе (шине) ДШ, индентифицирующем входную комбинацию.

УГО такого дешифраторов на структурных и функциональных схемах показано на рис. 14.7.1.

Примечание. Соотношение между количеством выходов N и входов n ДШ определяется формулой: N ≤ 2ⁿ. Например, в рассматриваемом случае при четырёх входах достаточным является использование только десяти выходов из шестнадцати возможных.

Принцип работы двоично-десятичного дешифратора поясняют данные табл. 14.7.1, показывающие десятичный номер выходной шины, появление сигнала на которой соответствует десятичному значению входной двоичной кодовой комбинации.

С

Рис. 14.7.1. УГО двоично-десятичного (2-10) ДШ на 4 входа

хемы дешифраторов строятся с помощью диодных ограничителей амплитуд или логических микросхем, соединённых в матрицы, которые могут быть прямоугольными, пирамидальными и т. д. Причём здесь используются, как правило, параллельные ограничители амплитуд и ЛЭИ– они же конъюнкторы, схемы совпадения или схемы логического умножения.

Для примера рассмотрим функционирование диодного матричного ДШ на два входа х₁их₀, принципиальная схема которого приведена на рис. 14.7.2.

Нетрудно представить, что на вход такого ДШ может воздействовать только одна из четырёх двоичных комбинаций: 00, 01, 10 или 11. Расшифровка поступившей комбинации будет заключаться в формировании сигнала только на одном из четырёх выходов ДШ у_i, десятичный индекс которого соответствует значению входного двоичного числа.

Таблица 14.7.1

Соответствие входных двоичных кодов десятичным номерам выходных шин

Раскодируемая входная двоиная комбинация (тетрада)				Десятичный номер индекса шины, формирующей выходной сигнал
х3	х2	х1	х0	уi
0	0	0	0	y0
0	0	0	1	y1
0	0	1	0	y2
0	0	1	1	y3
0	1	0	0	у4
0	1	0	1	у5
0	1	1	0	у6
0	1	1	1	у7
1	0	0	0	у8
1	0	0	1	у9

Рис. 14.7.2. Принципиальная схема матрицы дешифратора РДЛ-типа на 2 входа

Заметим, что каждый из этих выходов у_i подключён параллельно одной из четырёх пар клапанирующих диодов (VD₁–VD₈) и последовательно – источнику УС и одному из ограничивающих резисторовR_i.

Пусть функцию УС на расшифровку входной двоичной комбинации выполняет остроконечный импульс положительной полярности, поданный в момент t₀(код 1) прямым смещением одновременно на аноды всех восьми диодов. Под его воздействием откроются только те диоды, к катодам которых будут приложены низкие потенциалы (коды 0) соответствующих выходов разрядных триггеров входного регистра (РГ) дешифратора. При этом малые сопротивления открытых диодов зашунтируют подсоединённые к ним выходыу_i(их токи пойдут на землю через открытые транзисторы соответствующих разрядных триггеров), а напряжение УС будет погашено на соответствующих ограничивающих резисторахR_i(см. в13.3 работу параллельных диодных ограничителе). Сигнал поступит на нагрузку только той выходной шиныу_i, на которой все подключённые к ней диоды остались закрытыми поданными на их катоды высокими потенциалами (кодами 1) коллекторов закрытых транзисторов разрядных триггеров входного регистра ДШ.

Проанализируем работу ДШ по раскодированию входной кодовой комбинации, созданной, например, следующими состояниями разрядных триггеров его входного РГ: триггер Т₀(разряд 2⁰) пребывает в состоянии 0, аТ₁(разряд 2¹) – в состоянии1. Тогда высокие потенциалы (+U_ИП– код 1) основного выхода (Q₁) триггераТ₁и инверсного выхода (Q₀) триггераТ₀(на рис. 14.7.2 – жирные линии) будут воздействовать на катоды подсоединённых к ним диодовVD₁,VD₃,VD₄иVD₈и удерживать их в закрытом состоянии даже при поступлении УС. Поэтому в моментt₀под воздействием УС откроются диодыVD₂,VD₅,VD₆иVD₇и ограничивающие резисторыR₀,R₁иR₃выполнят свою гасящую импульс функцию, не пропустив сигнал соответственно на выходыу₀,у₁иу₃. И только на выходной шинеу₂(с десятичным номером индекса 2), оба (все) диода которойVD₃иVD₄остались закрытыми, УС пройдёт на нагрузку неограниченным (>>R₂), что и будет служить сигналом раскодирования входной двоичной комбинации 10.

Аналогичным образом можно рассмотреть процесс раскодирования и всех других входных комбинаций. Состояние выходов ДШ на два входа в общем виде может быть описано с помощью таблицы истинности, представленной в табл. 14.7.2.

Таблица 14.7.2

Таблица истинности работы дешифратора на 2 входа

Входной двоичный код		Выходной код				Десятичный № выхода
Вход	Вход	Выход	Выход	Выход	Выход
0	0	0	0	0	1	0
0	1	0	0	1	0	1
1	0	0	1	0	0	2
1	1	1	0	0	0	3

На основании данных табл. 14.7.2 можно составить для каждого из выходов следующие логические выражения:

и

Используя эти логические выражения связи соответствующих выходов ДШ с его входами можно построить его структурную схему из четырех ЛЭ И(конъюнкторов), упрощённый вид которой представлен на рис. 14.7.3.

Рис. 14.7.3. Функциональная схема ДШ на ЛЭ И на 2 входа (с входным РГ)

Использование ДШ для знаковой индикации удобно показать на примере преобразования двоичного кода 1248 в информацию для вывода на семисегментныйиндикатор, фрагмент схемы одного десятичного разряда которого показан на рис. 14.7.4.

Рис. 14.7.4. Применение ДШ для управления семисегментным

индикатором (фрагмент)

Примечание. Один разряд в цифровом знаковом индикаторе (ЦЗИ) называется цифровым знакоместом, схема которого показана на рис. 14.7.4. Минимально оно состоит из семи светодиодных, электролюминесцентных, плазменных (газоразрядных) или жидкокристаллических сегментов, каждый из которых автономно управляется (зажигается или подсвечивается) соответствующими выводами ДШ с помощью диодных сборок, выполняющих функции логических элементов ИЛИ – собирательно-разделительных схем. Приведённый фрагмент схемы иллюстрирует соединения выходов ДШ с входами соответствующих сегментов индикатора для варианта индикации десятичной цифры 3, заданной двоичной тетрадой входной комбинации дешифратора 0011.

Поскольку число контактов у стандартных корпусов ИМС ограничено (например, 14, 16 или 24), то ДШ обычно имеют небольшую разрядность. Например, в 16-контактном корпусе может быть помещён лишь четырёхразрядный ДШ. В случае необходимости иметь ДШ большей разрядности используют каскадное соединение стандартных ДШ. В кодах функционального обозначения интегральных микросхем отличительными символами для маркировки дешифраторов являются две буквы ИД, например, в серии ИМС К155 высоковольтный дешифратор для управления газоразрядными индикаторами обозначен кодом К155ИД1.