1.1.1. Визначення, основні поняття і класифікація дешифраторів

Дешифратор в загальному випадку має п входів і т виходів. З комбінації сигналів (або сигналу), що подається на його входи у відповідності зі структурою дешифратора виділяється повідомлення у вигляді вихідних сигналів дешифратора. Ці сигнали з'являються на одному або декількох виходах дешифратора і є керуючими для об'єктів, підключених до цих виходів. Інші виходи захищені від впливу помилкових сигналів, тобто дешифратори володіють властивостями селективності.

Сигнали, що приймаються дешифратором, можуть бути звуковими, світловими та ін., однак основне застосування в техніці знайшли електричні сигнали. Різні структури вхідних сигналів створюються шляхом підбору сигналів з певними ознаками (якостями). По цих ознаках імпульси відрізняються один від одного. Такими ознаками є, наприклад, вид струму (постійний або змінний), полярність, амплітуда і тривалість імпульсів, їх частота, фаза, форма і т. д. Різні структури сигналів можна отримати шляхом їх комбінування. Воно полягає в тому, що з сигналів з однаковими або різними ознаками створюються серії або набори сигналів, що подаються на вхід дешифратора послідовно або паралельно.

Структура вхідних сигналів визначає і структуру дешифраторів. Найбільш простими є дешифратори ознак сигналів, кожний з яких містить в собі повну інформацію, необхідну для роботи дешифратора. Основними блоками таких дешифраторів є розрізнювачі, реагуючі на ознаку вхідного сигналу, і виконавчий пристрій, який після спрацювання розрізнювача впливає на об'єкти, керовані дешифратором. Крім цих блоків, дешифратор може містити блок контролю проходження сигналу і допоміжний блок підготовки вузлів дешифратора до роботи і повернення їх в початкове положення. В необхідних випадках до складу дешифратора може бути введений ще і перетворювач, що здійснює доведення параметрів вхідного сигналу до значень, при яких забезпечується надійна робота розрізнювачів або спрощуються їх схеми.

При комбінованому вхідному сигналі вихідний сигнал дешифратора залежить від прийнятого набору сигналів з однаковими або різними ознаками, тобто окремий сигнал в цьому випадку самостійного значення не має. Відрізняються такі дешифратори наявністю в них логічного блоку, що формує результуючі вихідні сигнали на основі сигналів окремих розрізнювачів. Складність цього блоку значно залежить від структури сигналів, що приймаються. Будемо називати його надалі логічним перетворювачем.

У дешифраторах більшості сучасних дискретних систем навіть при структурах сигналів середньої складності перетворювачі незрівнянно складніше за інші блоки. Тому поняття дешифратора часто пов'язують саме з перетворювачем. У тих випадках, коли розрізнювачі відносять до суміжних пристроїв і не потрібно додаткових блоків, дешифратор складається тільки з логічного перетворювача.

Дешифратори відносяться до пристроїв, що вивчаються в теорії комбінаційних схем. Під комбінаційною розуміють логічну схему, що не містить зворотних зв'язків. Відмітною особливістю такої схеми є те, що її вихідні сигнали в деякий момент часу повністю визначаються відповідними ним вхідними сигналами.

Однією з важливих задач теорії комбінаційних схем є синтез таких схем, що поділяється на наступні етапи:

• на основі аналізу вимог, поставлених перед проектованою схемою, складаються логічні рівняння, що описують її функціонування;

• отримані рівняння мінімізуються;

• мінімізовані булеві рівняння представляються в заданій системі операторів;

• будуються схеми і з'ясовується відповідність фізичних характеристик схем заданим характеристикам, при необхідності вживаються заходів по їх поліпшенню;

• різні варіанти схем порівнюються між собою, і по вибраних критеріях вибирається оптимальний з варіантів.

При синтезі дешифраторів, крім вказаних етапів, нерідко виконується ще етап кодування вхідних станів. Це робиться після аналізу вимог до схеми і в тому випадку, якщо по початковому завданню відоме тільки число цих станів без вказівки кількості входів схеми. Кодування полягає в тому, що кожному стану ставиться у відповідність набір станів вибраних логічних елементів. Після кодування складаються рівняння або таблиці, що описують функціонування схеми, і далі виконуються всі подальші етапи синтезу.

Внаслідок виконання першого етапу синтезу комбінаційних схем отримані логічні рівняння можуть бути представлені в різних формах. Для дешифраторів такими, що найбільш застосовуються є таблична і аналітична форми.

При табличній формі функціонування дешифратора задають таблицею відповідності. Таблиця містить п рядків, кожен з яких позначена однією з вхідних змінних, і т стовпців. Кожний стовпець позначений відповідно одним з номерів виходів дешифратора. У клітках таблиці може бути записана одиниця, або клітки залишаються пустими. У (i, j)-й клітині (і = 1, 2,..., п; j = 1, 2, ..., т) одиницю записують в тому випадку, коли при появі одиничного сигналу на j‑му виході на і-й вхід також подається цей сигнал. Якщо при тому ж сигналі на j‑му виході одиничний сигнал на i-му вході відсутній, то клітина залишається пустою.

Для опису функціонування дешифратора в аналітичній формі необхідно ввести поняття інверсного сигналу. Якщо сигнал і-го входу автомата двійковий, то інверсним будемо називати сигнал , рівний одиниці при х_і = 0 і нулю при х_і = 1. Тоді для кожного вхідного стану схеми можна записати такий добуток, в якому змінна х_і, відповідна сигналу х_і, увійде в прямому вигляді, якщо при даному стані сигнал рівний одиниці, або в інверсному вигляді ( ), якщо сигнал рівний кулю. Наприклад, для схеми з двома входами при подачі на його перший вхід одиничного сигналу, а на другій – нульового, тобто при його вхідному стані 10, вказаний добуток має вигляд х₁ .

Добуток називають елементарним, якщо вхідні в нього змінні попарно різні, множина цих змінних кінечна, а частина змінних (можливо і всі) описані в інверсному вигляді. Добуток буде також елементарним, якщо він містить усього одну змінну, описану в прямому або інверсному вигляді. Якщо при п входах Добуток залежить від всіх п змінних, то його називають конституантою одиниці або просто конституантою (конституанти нуля тут не розглядаються). Кожна конституанта перетворюється в одиницю тільки на одному наборі значень змінних, а на інших наборах її значення дорівнює нулю. Таким чином, між конституантами і наборами значень змінних існує взаємно-однозначна відповідність. Будь-яка булева функція може бути представлена в так званій диз'юнктивній нормальній формі, що являє собою або конституанту або послідовність різних конституант, об'єднаних між собою знаком диз'юнкції (V).

Дешифратор являє собою таку комбінаційну схему, яка перетворює код числа, поданий на його входи, в сигнал на одному або декількох його виходах. Умовне позначення дешифраторів (ДШ) з п входами і 2ⁿ виходами показано на рис. 1.1, а, для інших випадків дешифраторів використовуємо позначення на мал. 1.1, б.

Рис. 1.1. Умовні позначення дешифраторів

Дешифратори класифікують за способом утворення вихідних функцій, числу цих функцій по відношенню до максимально можливого, типу використовуваних елементів і зв'язків між ними.

В залежності від числа функцій, що реалізовуються, розрізнюють повні дешифратори, якщо реалізовується максимально можливе число функцій для даного числа змінних, тобто 2ⁿ, або неповні, коли ця кількість менше 2ⁿ. Неповні дешифратори можна розділити на дві групи: із збудженням одного виходу і зі збудженням декількох виходів дешифратора. Серед неповних дешифраторів першої групи потрібно виділити ті, вихідні функції яких визначені тільки на одному наборі на відміну від випадку, коли ці функції визначені на групі наборів або по початкових умовах, або внаслідок довизначення функцій на наборах, на яких функції не були визначені.

Неповні дешифратори реалізовують деяке число конституант з 2ⁿ можливих. Якщо ці конституанти вибрані по цілком певних ознаках, задовольняючи, наприклад, тій умові, що і з п змінних входять в конституанти тільки в прямому вигляді, то виділимо такий тип дешифраторів і назвемо їх дешифраторами кодів , де 1 ≤ і ≤ п. Останні, в свою чергу, можуть реалізувати всі можливі поєднання (повні дешифратори коду ) або тільки частина з них (неповні дешифратори коду ).

Дешифратори першої групи, функції яких визначені на одному наборі, а також повні дешифратори, називають дешифраторами першого роду.

Дешифратори першої групи, в яких функції визначаються на діапазоні наборів значень вхідних сигналів, і дешифратори другої групи, називають дешифраторами другого роду.

За способом утворення функцій дешифратори першого роду діляться на матричні, пірамідальні і прямокутні.

По типу елементів, що використовуються, розрізняють дешифратори діодні, транзисторні, релейно-контактні, діодно-транзисторні та ін. Дешифратори на феритових сердечниках бувають з опитом і забороною синхронізуючими імпульсами і з опитом і забороною співпадаючими струмами.

За принципом передачі інформації між елементами дешифратора розрізнюють асинхронні і синхронні схеми, а по типу системи зв'язків – потенційні, імпульсні і потенційно-імпульсні.

Дешифратори мають і інші назви, наприклад, виборчі схеми, комутатори і т.д.

Дешифратори із збудженням одного виходу знайшли на практиці основне застосування.

Для цього випадку робота дешифратора описується наступною системою булевих функцій:

(1)

де х₁, х₂, ..., х_n – вхідні змінні дешифратора; z₁, z₂, ..., z_m – функції, що реалізовуються дешифратором.

Робота дешифратора, що реалізовує систему функцій (1), полягає в тому, що при подачі певного набору значень сигналів на вхідні полюси сигнал, рівний одиниці, з'явиться тільки на одному з виходів. При цьому для релейно-контактних дешифраторів необхідною умовою є подача одиничного сигналу на вхід його логічного перетворювача.