9.1.2 Типові кцп

У цифровій техніці при побудові складних пристроїв широко застосовуються не тільки окремі логічні елементи, що реалізують елементарні булеві функції, але і їхні комбінації у вигляді типових структур, виконаних як єдине ціле у виді інтегральних мікросхем (ІМС). На входи таких структур можуть подаватися інформаційні логічні сигнали й сигнали керування. Останні можуть визначати, наприклад, порядок передачі інформаційних вхідних сигналів на вихід або відігравати роль сигналів синхронізації. У багатьох випадках, особливо при використанні у пристроях вихідних ланцюгів із трьома станами, у якості сигналів синхронізації виступають сигнали “Вибір мікросхеми” (CS). Наявність активного значення такого сигналу керування ( в одних схемах це логічний нуль, в інших - логічна одиниця) дозволяє пристрою виконання заданих функцій, відсутність його - переводить схему в “невибраний” стан, при якому вона не виконує обробку інформації, а її виходи відключені від навантаження.

9.1.2.1 Шифратори та дешифратори

У повсякденному житті для подання чисел ми застосовуємо десяткову систему числення. Якщо остання використовується для відображення дискретних повідомлень (дискретної інформації - даних), то говорять про кодування - установлені відповідності між елементами даних і сукупністю символів, названих кодовою комбінацією. У більшості сучасних комп'ютеризованих систем управління та автоматики вхідна дискретна інформація подана в десятковому (унітарному) коді, а обробка інформації цифровим комп'ютером здійснюється над даними, поданими у двійковому коді.

Виникає задача перетворення десяткового (унітарного) коду у двійковий при введенні в систему й зворотне переведення двійкового коду в десятковий (унітарний) при виведенні з цифрової системи результатів обробки інформації.

Комбінаційний цифровий пристрій (КЦП), що виконує перетворення десяткового (унітарного) коду у двійковий називається шифратором (кодером), а який здійснює перетворення двійкового коду в десятковий (унітарний) - дешифратором (декодером).

Дуже часто десяткові коди перетворюються у двійково-десяткові, що називають BCD (Binary Code Decimal)-кодами або кодами 8421. У цьому випадку КЦП, що перетворюють десятковий код у BCD-код і навпаки називають відповідно шифратором (кодером) і дешифратором (декодером) BCD-коду.

Поширеним вихідним пристроєм, що відображає десяткові числа, є семисегментний індикатор. Його роботою управляє дешифратор, що перетворює BCD-код у семисегментний. Розглянемо названі пристрої більш докладно.

9.1.2.1.1 Шифратори двійкового коду

Шифратори двійкового коду перетворюють десятковий (унітарний) код у двійковий. Якщо число розрядів вихідного ДК (виходів шифратора) дорівнює m , то максимальне число вхідних шин визначається числом можливих кодових комбінацій ДК і складає .

Умовне позначення шифратора показане на рисунку 9.2.

Рисунок 9.2

На вихідних шинах установлюється ДК , що відповідає номеру входу, на якому з'явилася логічна 1. На інших входах при цьому присутні нулі. Такий код називають унітарним (десятковим).

Роздивимося приклад проектування шифратора, у якого число розрядів вихідного ДК m=2. Максимальне число входів дорівнює =2²=4, що дозволяє відобразити дворозрядним вихідним двійковим кодом чотири десяткові цифри 0, 1, 2, 3. Іноді при проектуванні шифраторів нульовий вхід опускають, вважаючи, що нульовій цифрі на вході відповідають нулі на усіх входах. Приймаючи такий підхід, складемо таблицю істинності аналізованого в прикладі (рисунок 9.2.1) шифратора (таблиця 9.2).

Рисунок 9.2.1

Таблиця 9.2

№ набору	С	В	А	F2	F1
0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	1
2	0	1	0	1	0
3	0	1	1	—	—
4	1	0	0	1	1
5	1	0	1	—	—
6	1	1	0	—	—
7	1	1	1	—	—

Мінімізуємо функції F2, F1 за допомогою діаграм Вейча (рисунок 9.3)

Рисунок 9.3

Якщо провести мінімізацію по нульових значеннях функцій F2, F1, отримаємо мінімальні КНФ

F2 = B + C , F1 = C + A . ( 9.4 )

Функціональна схема шифратора, що реалізує ці рівняння, показана на рисунку 9.4.

Рисунок 9.4

У цифровій електроніці існує багато ІМС , що виконують функцію шифратора, наприклад, К555ИВ1. Нижче показані її функціональне позначення (рисунок 9.5) і таблиця істинності (таблиця 9.3).

Рисунок 9.5

Сигнал, що кодується, має низький рівень (логічний 0 ) і надходить на один із входів X0... Х7 . На інших входах повинні бути сигнали високого рівня (таблиця 9.3).

Таблиця 9.3

X7	X6	X5	X4	X3	X2	X1	X0	F2	F1	F0	G	P
1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	1
1	1	1	1	1	1	0	1	0	0	1	0	1
1	1	1	1	1	0	1	1	0	1	0	0	1
1	1	1	1	0	1	1	1	0	1	1	0	1
1	1	1	0	1	1	1	1	1	0	0	0	1
1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1	0	1
1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	1
0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	1
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0

Мікросхема має управляючий (що стробує) вхід V і два додаткових виходи : Р - дозвіл перенесення і G - заборона перенесення. Активними сигналами на цих виходах є логічні одиниці. Сигнали на вході V дозволяють роботу ІМС у режимі кодування (V=0) або забороняють роботу (V=1). У випадку заборони (V=1) на усіх виходах установлюються напруги високого рівня незалежно від сигналів на входах. Сигнал заборони перенесення з'являється тоді, коли на всіх інформаційних входах X0... Х7 будуть сигнали високого рівня (логічні одиниці). У цьому випадку з'являється одиниця на виході G (Р=0).

Сигнали з виходів G і P використовують для управління схемами, що приймають сигнали з виходів шифратора.

Деякі шифратори головну функцію поєднують із можливістю введення пріоритетів кодування сигналів. Мікросхема К555ИВ1 (рисунок 9.5) має таку можливість. Функція пріоритету реалізується в такий спосіб. У ІМС можливе одночасне надходження активних сигналів (логічних нулів) на декілька входів.

Пріоритет має активний сигнал на вході з меншим номером, і вихідний двійковий код буде відповідати цьому вибраному сигналу. Наприклад, при комбінаціях вхідних сигналів 11110111, 00000111, 10100111, що записані у порядку, прийнятому в таблиці 9.3, результат буде однаковий: на виході буде сформовано код 011, оскільки пріоритет має нульовий сигнал на вході Х3.