Комбінаційні цифрові пристрої
Комбінаційне цифровий пристрій (КЦУ) - це пристрій, вихідні сигнали якого в певний момент часу однозначно визначаються вхідними сигналами. В КЦУ використовують не тільки окремі логічні елементи, що реалізують елементарні булеві функції, але і їх комбінації, зазвичай виконані як єдине ціле у вигляді інтегральних мікросхем. На входи КЦУ подають інформаційні логічні сигнали і сигнали управління, які визначають порядок передачі інформаційних вхідних сигналів на вихід і синхронізацію цього процесу. До типових, широко використовуваним КЦУ на практиці, відносяться: перетворювачі кодів, шифратори, дешифратори, мультиплексори, демультиплексори (селектори), суматори цифрові компаратори, а також багатовхіді перетворювачі типу І-АБО-НЕ.
Дешифратор (decoder, DC) називається КЦУ, перетворює n-розрядний двійковий код в логічний активний сигнал на виході, десятковий номер якого відповідає вхідному двійкового коду. Якщо кількість виходів дорівнює m = 2 n. де n - кількість входів, то дешифратор називається повний. При меншій кількості виходів дешифратор буде неповним. На рис 7.20 показано умовне позначення повного дешифратора 3 - 8 і таблиця істинності.
Даний дешифратор описується наступною системою логічних виразів:
Шифратор (coder, CD) - це комбінаційний пристрій, що перетворює десяткове число в двійкове. На ріс.7.23 показано умовне позначення і реалізація шифратора 8 - 3 (вісім входів на три виходи) на базисних елементах.
Таблиця істинності для даного шифратора має вигляд (Таб.7.1). Функціональні рівняння відповідно рівні
За співвідношенням кількості входів m і виходів n шифратори бувають повні (m = 2 n) і неповні (m <2 n ). В приоритетных шифраторах выходной двоичный код соответствует наивысшему номеру входа, на который подан активный сигнал (независимо от наличия сигналов на других входах).
У цифровій техніці застосовуються різні види кодів для обробки і передачі інформації (прямий, зворотний, додатковий, двійковій-десятковий, коди Грея, коди Хеммінга і т.д.). Перетворення кодів на апаратному рівні виконують комбінаційні пристрої - перетворювачі кодів. До цих пристроїв відносяться також різні перетворювачі управління шкальними, матричними і семисегментними індикаторами. Позначаються перетворювачі кодів через Х / У. Перетворювач кодів часто реалізують за схемою дешифратор - шифратор. Кожен тип перетворювача характеризується відповідною таблицею істинності. Окремим випадком перетворювачів кодів є шифратори і дешифратори. На ріс.7.24 показаний перетворювач двійково-десяткового коду в код семисегментний індикатора.
Мультиплексор - комбінаційний пристрій, що забезпечує передачу цифрової інформації, що надходить на кілька входів, на один вихід відповідно до заданого кодом на керуючих входах. По суті це керований комутатор. Також між числом керуючих входів n і числом інформаційних входів діє співвідношення m = 2 n для повного мультиплексора, і неповного m <2 n. Мультиплексоры обозначают MUX или MS. На рис.7.25 показана функциональная схема двухвходового мультиплексора, условное обозначение и таблица коммутации.
На ріс.7.26 показаний селектор-мультиплексор 8/1. Залежно від комбінації сигналів управління х1х2х3 він забезпечує комутацію одного з восьми вхідних сигналів Di на вихід У при V - дозвіл, активний рівень низький. Функціональне рівняння записується у вигляді
Мультиплексори є універсальними логічними пристроями, на основі яких створюють різні комбінаційні і послідовних схема. Вони використовуються в делителях частоти, тригерних пристроях, що зсувають регістрах, перетворювачах паралельного коду в послідовний, реалізації складних логічних функцій.
Функціональні рівняння, що описують його роботу наступні:
Суматори - це комбінаційні пристрої, призначені для додавання чисел. Таблиця істинності для складання двох однорозрядних чисел А і В буде
де S - значення суми, Р - значення перенесення в старший розряд. Робота пристрою описується наступними рівняннями
Видно, що сума відповідає логічній функції «виключає АБО» S = A ÅB. Пристрій, що реалізовує дану таблицю називають полусумматора і його структура показана на ріс.7.29.
Однорозрядних повний суматор будується на основі двох полусумматора. Його структура і умовне позначення наведені на ріс.7.30. На відміну від полусумматора він має перенос з молодшого розряду.
Таблиця істинності для суматора має вигляд
Для підсумовування багаторозрядних двійкових чисел суматори з'єднують послідовно, а висновок перенесення в молодшому розряді з'єднують із загальним проводом. У вигляді інтегральних схем випускаються одно-, двох- і чотирьох розрядні суматори. За допомогою суматора можна виробляти і віднімання двійкових чисел. У цьому випадку операція віднімання замінюється складанням зменшуваного з від'ємником в додатковому коді
На ріс.7.31 показаний вичітатель на основі четирёхразрядного суматора. Число В інвертується і складається з А. а на перенесення подається логічна одиниця.