0. Пристрої для перетворення цифрової інформації

На основі досвіду побудови цифрових пристроїв еволюційно виокремились деякі функціональні блоки складені з простих ЛЕ, за допомогою яких здійснюється проектування переважної більшості КП. Такі функціональні блоки почали випускатись у вигляді СІС, зменшуючи тим самим кількість корпусів ІС та знижуючи собівартість готового пристрою. Тому є доцільність розглянути детальніше особливості їх функціонування.

Пристрої комутування цифрових сигналів можуть мати або n інформаційних входів та один вихід для реалізації функції мультиплексування (під’єднаних двох чи більше ліній на одну спільну) або один вхід і виходів для реалізації оберненої процедури – демультиплексування. Таке функціонування забезпечують відповідно мультиплексор і демультиплексор.

Мікросхеми функціональних КП перетворення та комутування цифрових сигналів, крім інформаційних входів, можуть мати ще додаткові входи керування - ЕI (дозвіл по входу) і ЕO (дозвіл по виходу). За допомогою входів дозволу Еi і ЕO можна реалізувати також нарощення розрядності (збільшення числа входів або виходів) каскадуванням відповідних ІС.

1. Шифратори та дешифратори

Шифратор призначений для перетворення цифрової інформації, що подана унітарним n-розрядним кодом, у еквівалентний двійковий m‑розрядний код.

Унітарний код це код для якого може існувати тільки один активний стан змінної Xi із множини вхідних сигналів {Xn-1…X1,X0}. Отже, шифратор - це перетворювач унітарного коду "1 з n" у двійковий паралельний код, у якого число виходів m однозначно зв’язане з числом входів n як 2^m. Якщо n=2^m , що означає використання повного набору вихідних двійкових комбінацій Y_i, такий шифратор називають повним. Наприклад, шифратор 8-3 є повним, бо він реалізує повний набір можливих комбінацій змінних Xi (n=8) у повний вихідний набір Yi (m=2) як 2³=8.

У неповному шифраторі число входів m не відповідає числу всіх можливих вихідних комбінацій 2^m, причому завжди n<2^m, що відповідно утворює певне число невикористаних вихідних наборів. Прикладом неповного шифраторa, який найчастіше зустрічається на практиці, є шифратор 10-4, що використовується для кодування десяткових чисел у двійково-десятковий код ДДК /8-4-2-1/, Такий шифратор можна застосовувати для кодування десяткових символів (0...9), наприклад, з клавіатури пульта керування. Схематичне позначення шифратора наведене на рис.3.1а, а схема внутрішньої будови на рис.3.1б. Здійснити синтез повного або неповного шифратора можна на базі ЛЕ. Як приклад, здійснимо синтез повного шифратора 8-1.

Рис. 3.27 Умовне позначення та внутрішня будова шифратора 8-3

Такий шифратор може бути описаний наступною системою логічних функцій:

( 3.0)

або таблицею істинності:

Таблиця 3.10 Таблиця істинності шифратора 8-3

n	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	Y2	Y1	Y0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1
2	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0
3	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1
4	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0
5	0	0	0	0	0	1	0	0	1	0	1
6	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1	0
7	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1

Окремі ІС практично зустрічаються рідко, як правило існують мікросхеми, що виконують комбіновані функції, наприклад "шифратор/дешифратор". Крім того, практично використовують шифратори, у яких вихідний код завжди має найбільший номер активного вхідного сигналу {X₀..X_n} – так звані пріорітетні шифратори. Приклад роботи пріорітетного шифратора: Вхід{x₀=1,x₁=1,x₂=0, x₃=0, ,x₄=1}, тоді вихід Y=4.

Дешифратор призначений для розпізнавання (дешифрацій) числа, яке подане позиційним -розрядним двійковим кодом. Найчастіше дешифратор виконує функцію перетворення двійкового кода в унітарний код "1 з ", тобто виконує функцію, що обернена дії шифратора, і тому для повного дешифратора справедливе співвідношення де - порядковий номер виходу дешифратора. Аналітичний опис дешифратора розглянемо на прикладі повного дешифратора 3-8, який описується системою логічних функцій:

( 3.0 )

Такому опису відповідає схематичне представлення дешифратора на рис. 3.2 а, та його внутрішня будова (рис.3.2.б).

Рис. 3.28 Схематичне позначення та внутрішня структура дешифратора 3-8

У неповного дешифратора число виходів не відповідає значенню , причому . В інтегральному виконанні зустрічаються як повні (К155ИД3, К155ИД7), так і неповні (К555ИД5, К555ИД10, К561ИД1), а також здвоєні (К155ИД4) дешифратори.

У випадках, коли потрібно побудувати дешифратор на велику кількість виходів на базі дешифраторів з меншим числом виходів, застосовують принцип каскадування. Він полягає у тому, що дані входи дешифраторів розбивають довільним чином на групи, кожна з яких реалізує свою групу ло­гічних функцій. При цьому всі дешифратори повинні бути керованими, тобто мати дозволяючі входи EІ. На рис. 3.3 показано двокаскадне з’єднання двох дешифраторів 3-8 для побудови повного дешифратора 4-16, що має входи дозволу . Каскад 1 працює при активних входах за умови . Як тільки на входах дешифратора з'явиться код {}={1000}, верхній каскад закриється, оскільки , а відкриється нижній каскад, який через інвертор отримує дозволяючий рівень .

Рис. 3.29 Каскадний синтез дешифратора 4-16