Схемотехника / Учебники и методички / potehin

F= М2 M5 = M0 M1 M3 M4 M6 M7 = М0 M1 М3 M4 M6 M7 .

Функция выполняется на двухвходовом логическом вентиле И, её схема

приведена на рис. 4. 11. Второй вариант является выигрышным по сравнению с первым.

Пример 2. Реализовать 4-х аргументную (4-х местную) функцию, заданную суммой минтермов

Y= М2 + М4 + М10 + М12 + М15

на основе трехадресного дешифратора (3:8).

Пусть адреса обозначаются буквами С(4), В(2), А(1), причем в скобках указана весовая функция. Рабочий цикл трехадресного дешифратора – восемь тактов, четвертый аргумент D(8) удваивает число тактов – их становится 16 (два по восемь). С учетом этого табличное задание функции может быть показано следующим образом (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Судя по таблице, с помощью сигнала D необходимо обеспечить управление комбинационной логикой так, чтобы при D = 0 на выходе комбинационного устройства формировались выходные сигналы на первых 8 тактах (верхняя половинка таблицы), при D = 1 – сигналы 8-15 тактов. Вариант решения задачи показан на рис. 4.12.

111

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

На выходе дешифратора устанавливаются два логических элемента И-НЕ, с числом входов, необходимых для выполнения функции на каждом цикле. В нашем варианте это 3-х и 4-х входовые ЛЭ. Сигналы, формирующиеся на выходах этих элементов, логически суммируются на выходной И-НЕ (правило отрицания).

На основании рассмотренного примера можно сделать вывод о целесообразности широкого применения дешифраторов при построении разнообразных комбинационных схем.

4.2.4. Дешифраторы-демультиплексоры ТТЛ

Устройства типа дешифратор-демультиплексор достаточно широко представлены во многих сериях ТТЛ и ТТЛШ (К155, К133, К555, К1530…). Они отличаются по количеству адресных входов, набору управляющих сигналов,

организации выхода, потребляемой мощности и способны решать многие за-

Рис. 4.11. а – Условное обозначение 1533ИД4; б – функциональная схема

1533ИД4

дачи, выдвигаемые практикой. Дешифраторы выпускаются на два, три и че-

112

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

тыре входа. В таблице 4.4 приведён функциональный состав дешифраторов серии К555.

Микросхема К155ИД4 – сдвоенный дешифратор-демультиплексор 2 4 с общими входами дешифрируемого кода и раздельным управлением шинами разрешения (рис. 4.11).

Активным уровнем выходных сигналов является лог. 0. В зависимости от схемы включения, микросхема может быть использована в следующих режимах: два дешифратора с двух каналов на четыре; два мультиплексора с одного канала на четыре; дешифратор с трёх каналов на восемь; демультиплексор с одного канала на восемь.

Два дешифратора 2 4 получаются, когда входы А1 и А2 служат как адресные, на разрешающих входах первого дешифратора устанавливают Е1 –

лог. 1, V1 - лог. 0, на разрешающих входах второго дешифратора E2и V2 – лог. 0. При построении двух демультиплексоров с одного канала на четыре

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

(Data). Например двоичный код EDCBA, равный 10111, подключает 15 выход устройства или восьмой выход второго дешифратора (сверху).

Микросхема К555ИД19 служит для преобразования двоичного четырехзарядного кода в унитарный 16 разрядный код. Микросхема имеет четыре адресных входа А3А2А1А0 и два входа управления V 0, V1 и 16 выходов

0,1,…,15 (рис. 4.14, а).

Для создания режима демультиплексора 1:16 один из входов V заземляют (создают уровень лог. 0), а другой используют в качестве информационного. Кодовая комбинация на адресных входах переводит один из шестнадцати вы-

Рис 4.14 Условное изображение микросхемы К555ИД19 а; схема дешифратора 5:32 – б

ходов в активное состояние, которому соответствует Uвых0 . Остальные пятнадцать выходов при этом сохраняют уровень лог. 1. Сигналы на активном выходе повторяют в прямом виде сигналы, поступающие на информационный вход.

Если на обоих разрешающих входах поддерживать уровень V0 = V1 = 0. микросхема работает как дешифратор четыре входа – шестнадцать выходов. Потенциал U 1 на любом разрешающем входе установит уровень лог. 1 на всех выходах независимо от состояния адресных входов.

Микросхемы К555ИД19 можно применять для преобразования входных сигналов, разрядность которых больше четырёх.

На рисунке 4.14, б показана схема демультиплексора (дешифратора) пятиразрядного двоичного кода, собранного на двух микросхемах.

Шины младших четырёх разрядов соединяют с входами А0-А4 обоих приборов, а сигналы старшего разряда подают в прямом виде на один из разрешающих входов первой микросхемы и в инверсном – на разрешающий вход другой. Вторые разрешающие входы V заземляются (режим дешифратора), либо на них подают информационные сигналы (режим демультиплексора).

114

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

Микросхема К555ИД10 – дешифратор классического типа, преобразующий четырёхразрядный двоично-десятичный код в десятичный. На рис. 4.15. приведена функциональная схема дешифратора. Все входы микросхемы выполнены с открытым коллектором (Ucc до 15 В), а алогическая функция выполняется при подключении нагрузки между выходом микросхемы и источником питания.

Если десятичный эквивалент входного кода превышает, то на всех выходах дешифратора установится напряжение высоких уровней. Эти устройства могут дешифрировать числа 0 – 8, тогда вход А8 можно использовать как разрешающий с низким активным уровнем. На этот вход можно подавать данные, если использовать ИД10 как демультиплексор на восемь выходов.

б а

Рис. 4.15. Дешифратор К555ИД10 на четыре входа: условное обозначение – a; структурная схема – б

В функциональный состав цифровых маломощных КМОП-структур (564, 1564) включены ряд дешифраторов.

Микросхема К564ИД1 служит для преобразования двоично-десятичного кода в десятичный или двоичного в восьмеричный, как и К555ИД10, но в отличие от него имеет прямые выходы.

Микросхема К564ИД4 – дешифратор возбуждения одноразрядного семисегментного жидкокристаллического индикатора,

Микросхема К1564ИД3 – дешифратор на четыре входа – шестнадцать выходов.

Пирамидальная система на 17 микросхемах, позволяет получить устройство с 256 выходами.

Шестнадцать входных микросхем управляются младшими разрядами адресов А3, А2, А1, А0. В свою очередь эти микросхемы переводятся в активное состояние первой микросхемой, управляемой старшими адресами А7, А6, А5, А4, и являющейся по существу распределителем сигналов.

115

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

4.3. Мультиплексоры

4.3.1. Назначение и принцип работы

Назначение мультиплексоров (от англ. Multiplexer – MUX – многократный) – коммутировать в нужном порядке входную информацию, поступающую с нескольких шин, на одну выходную. Мультиплексор имеет несколько информационных входов D0, D1,…,DN-1, адресные входы A0, A1,… AN-1, вход для подачи стробирующего сигнала C и один выход D0 (D0). Причем количество входов N и число адресных шин n связаны соотношением N = 2n. Входные информационные сигналы DI – Data Input – будем сокращенно именовать D, а стробирующего сигнала мультиплексор выбирает один из входов и подключает его к входу (селектирует входную шину).

Рис. 4.16. Механический аналог мультиплексора

Основу электронного мультиплексора составляет линейный дешифратор, выходы которого объединены по ИЛИ. Логическая функция, которую реализует мультиплексор:

Рис. 4.17. Мультиплексор-селектор вида 2:1: а – функциональная схема; б – условное графическое изображение

На рис. 4.17, а приведена принципиальная схема простейшего мультиплексора – селектора вида «две линии к одной» (2:1).

Собственно мультиплексор выполнен на двух логических ячейках И, выполняющих роль дешифратора, и одной ячейки ИЛИ, логически суммирующих выходные сигналы дешифратора. Адрес выбранного направления определяется сигналом a: при a = 0 работает верхняя ячейка И и входной сигнал D0 появляется на выходе Y, при a = 1 включена нижняя ячейка И и на выходе

появляется сигнал D1. Синхросигнал C управляет работой ячеек в дешифра-

торе. При C= 1 работа дешифратора запрещена, на выходе Y установлен лог 0.

116

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

При C= 0 ячейки дешифратора активизированы. Вход C позволяет наращивать разрядность дешифратора по входам. Условное графическое изображение простейшего мультиплексора приведено на рисунке 4.17, б.

4.3.2. Мультиплексоры ТТЛ

Мультиплексоры ТТЛ, как самостоятельные изделия, широко представлены во многих сериях (К155, К133, К555, К531, К1533 и др.). Номенклатура микросхем представлена в таблице 4.5.

Строятся они на основе линейных дешифраторов, как было показано выше, и отличаются по числу информационных и адресных входов, наличием или отсутствием стробирующего входа, характером выходных сигналов (прямые, инверсные или парные). В качестве примера в таблице 4.6. приведен функциональный состав мультиплексоров ИС К555.

Микросхемы К555КП11 (КП14, КП16) – четыре мультиплексора организованных для мультиплексирования двух каналов в один (4 2 1) с общим дешифратором адреса.

Мультиплексоры К555 Таблица 4.6

В состав микросхемы входит четыре мультиплексора 2 1, аналогичных показанному на рисунке 4.17. Отличие состоит в том, что разрешающий вход C здесь заменен входом Е, обеспечивающим перевод выходов мультиплексора в высокоимпеденсное состояние Z. Когда на входе Е уровень лог.1 все выходы находятся в третьем состоянии, рабочий режим обеспечивается уровнем лог.0 на этом входе. Выбор канала производится с помощью адресной шины А (селекция данных). При нулевом уровне

117

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

адресаподключены шины D0, при уровне лог.1 на выход поступают сигналы с шин D1.

К555КП13 имеет на выходе регистр хранения информации, выполненного на двухтактных синхронных триггерах типа «M-S» («ведущий-ведомый»). Запись информации в выходной регистр производится в момент среза тактирующего импульса на входе С (перепад 1/0).

Микросхема К555 КП2 – это два мультиплексора 4 1 с общими адресными входами А, В выбора канала и раздельными входами выбора одного из мультиплексоров 1V и 2V (рис. 4.18).

а б

Рис. 4.18. Логическая структура ½ мультиплексор К555КП2 (а) и его условное графическое изображение

Каждый мультиплексор реализует следующую функцию:

F V(BAD0 BAD1 BAD2 BAD3).

Двоичный код, который набран на адресных входах, разрешающий работу одного из информационных входов каждого мультиплексора. Сигнал с выбранного информационного входа появляется на выходе только при наличии на стробирующем входе V данного мультиплексора сигнала низкого уровня.

Микросхемы К555КП7 и К555КП15 – имеют организацию мультиплексирования восьми каналов в один. Они имеют восемь информационных входов D0-D7, три адресных входа A, B, C, разрешающий вход Е, и прямой D и

инверсный выход D.

Функциональная схема и условное графическое обозначение ИС К555 КП15 приведено на рисунке 4.19, б. В отличие от К555 КП7 этот мультиплексор имеет три состояния выхода. Сигнал с выбранного информационного

входа появится на выходе при низком разрешающего сигнала E, при высоком уровне сигнала Eна обоих выходах установится состояние Z.

118

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

4.3.3. Наращивание разрядности мультиплексоров.

Максимальное число информационных входов одного мультиплексора равно 16. Увеличить число мультиплексируемых линий можно путем наращивания разрядности. Основные способы решения этой задачи: построение мультиплексорной структуры пирамидного типа (мультиплексорное дерево) и обьединение нескольких мультиплексоров с помощью внешних логических элементов.

б

а

Рис. 4.19. Функциональная схема ИС 1533КП15 – а; условное графическое обозначение – б

На рисунке 4.20 показан вариант мультиплексора 64:1, выполненного на четырёх мультиплексорах К555 КП1 и мультиплексоре К555 КП2. Мультиплексоры управляются шестиразрядным адресным кодом a5-a0 . Младшие разряды кода адреса a3a2a1a0 подаются в параллельном виде на адресные входы первой ступени, два старших разряда a5a4 являются адресами выходной ступени. Двоичный код a9-а0 указывают номер входа, который подключен к выходу каждого входного мультиплексора. Код а5а4 указывает номер той микросхемы первой ступени, выход которой подключен к общему выходу y мультиплексора. На приведенной структурной схеме не указаны разрешающие входы V мультиплексоров.

119

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

Рис. 4.20. Условное изображение ИС К155 КП1 –a; мультиплексор 64:1 на четырех мультиплексорах К555КП1 и мультиплексоре К555КП2 (1/2) – б

Общее число информационных входов Nвх пирамидального дешифратора равно произведению числа входов одного мультиплексора N1 на количество мультиплексоров n первой ступени Nвх = n N1. Для получения больших значений Nвх необходимо увеличивать число ступеней преобразования. Рост числа ступеней преобразования приводит к пропорциональному возрастанию времени задержки появления сигнала на выходе.

4.3.4. Мультиплексоры КМОП

КМОП-мультиплексоры строятся на основе дешифраторов и двунаправленных вентильных ключей. Разомкнутые ключи обеспечивают практически полный разрыв цепи, так как токи утечки ничтожно малы (менее 1 нА). В замкнутом состоянии сопротивление вентильных ключей мало (около 80 Ом) и мало зависит от проходящего сигнала. Поэтому ключ хорошо проводит как аналоговые так и импульсные сигналы и в прямом, и в обратном направлениях. В связи с этим мультиплексоры можно использовать как демультиплексоры.

Микросхема К564КП1 (рис. 4.21) – двойной четырехканальный мультиплексор.

Функциональная схема состоит из общей схемы управления, представляющая собой преобразователь логических уровней входных управляющих сигналов, дешифратора 2:4 и восьми двунаправленных ключей, разделенных на две синхронно работающих группы по четыре ключа в каждой.

120

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)