Предисловие (стр. 24 )

Преобразователями кодов называются логические устройства, с помощью которых код одного вида преобразуется в код, построенный по другому закону, например, двоичный – в двоично-десятичный и т. д.

У преобразователей кодов после условного обозначения пишут Х/У или А/В, что обозначает, что код А преобразуется в код В, или пишут общепринятые названия кодов, например GRAY/BIN – преобразователь кода Грея в двоичный (бинарный) код.

В условных обозначениях микросхем о принадлежности к преобразователям кода говорят буквы ПР.

В преобразователях кода законы их функционирования обычно задаются с помощью соответствующей таблицы

Используя логические функциональные узлы, можно реализовать практически любой преобразователь кода. Однако эта задача решается многозначно. Эффективность решения во многом зависит от опыта разработчика

Существует следующий подход к построению преобразователей кода (на техническом жаргоне его иногда называют декодер–кодер). Сущность его заключается в том, что входные сигналы подаются на дешифратор. Сигналы с выхода дешифратора подаются на входы шифратора, число выходов у которого равно числу выходов для кода, в который производится преобразование. Структура «декодер – кодер» обычно является более выгодной при построении преобразователей кодов из готовых микросхем по сравнению со структурами на отдельных логических элементах. Выгоды, получаемые при ее использовании, во многом послужили толчком для выпуска микросхем программируемых логических матриц.

Промышленность выпускаются специальные микросхемы преобразователей кода, например, преобразователи двоично-десятичного кода в двоичный К155ПР6.

Мультиплексор – логическое устройство для последовательного опроса нескольких двоичных переменных и передачи их на один выход. Простейший мультиплексор можно представить в виде ключа, управляемого сигналом А. В зависимости от этого сигнала на выход пройдет или сигнал х0, или х1.

Мультиплексор на четыре входа (рис.3.6) должен иметь два управляющих сигнала А0 и А1 (на восемь входов – три управляющих сигнала А0, А1 и А2).

Таким образом, количество адресных входов (управляющих сигналов) должно быть таким, что бы в двоичном коде адресовать все входы.

На основе мультиплексоров может быть реализована любая логическая функция, что часто используется в программируемых логических элементах.

Демультиплексор – устройство, выполняющее передачу информации, поступающей по одной линии, на несколько выходных линий, т. е. преобразование, обратное действию мультиплексора. Поскольку функции демультиплексора сходны с функциями дешифраторов, их условное обозначение сделано одинаковым, а именно ИД. Например, дешифратор К155ИД3 можно использовать в качестве демультиплексора.

В составе интегральных микросхем имеются коммутационные микросхемы, которые способны пропускать сигналы в обоих направлениях. Их называют мультиплексорами-демультиплексорами. Например, ИМС 590КН1 имеет восемь входов/выходов и может служить мультиплексором или демультиплексором.

Сумматор – устройство, выполняющее операцию сложения цифровых кодов двух чисел.

Простейший сумматор двух двоичных переменных А и В (рис.3.7) имеет два входа для двоичных чисел А и В, выход для суммы S (результат сложения в разряде, вес которого равен весу операнда) и выход С для переноса в следующий сумматор (С равен 1, если веса S не хватает для отражения результата).

Для построения многоразрядных сумматоров необходимо учитывать многоразрядный перенос из младшего разряда в старший.

;

Сумматор двухразрядных чисел (рис.3.8) имеет четыре входа (по два на каждое число), два выхода для записи суммы в виде двухразрядного числа (S0 и S1) и выходы для учета переноса (при С0 = 1 к результату добавляется единица ­ для учета переноса от сложения более младших разрядов). Сумматор выпускают в интегральном исполнении (например, К155ИМ2).

Применяются последовательные и параллельные многоразрядные сумматоры. У сумматора с параллельным переносом время выполнения операции суммирования значительно меньше, чем у последовательного сумматора. Для чисел большой разрядности применяют сумматоры с групповым переносом. Такой сумматор получают из нескольких сумматоров меньшей разрядности (например, для сложения 32-разрядных чисел применяют четыре группы по восемь разрядов). При этом используется последовательный или параллельный межгрупповой перенос.

Выпускаются другие арифметические устройства – двоичный умножитель, сумматоры – вычитатели, схемы контроля четности и другие, а также многофункциональные устройства комбинаторной логики – арифметико-логические устройства.

Арифметико-логические устройства (АЛУ) выполняют арифметические и логические операции над двумя операндами. Основой АЛУ (рис. 3.9) служит сумматор, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности АЛУ и обеспечивающей перестройку с одной операции на другую. Обычно АЛУ четырехразрядны и для наращивания разрядности объединяются. Например, четырехразрядное АЛУ К1533ИП3 выполняет шестнадцать арифметических и шестнадцать логических операций. АЛУ имеет 24 вывода, назначение которых приведены ниже: А, В – четырехразрядные входы; С0 – вход переноса; S – код операции; М – выбор режима арифметический – логи-ческий; Y– выход результата; C4 – выход переноса; A = B – выход равенства операндов; P, G – выходы для организации параллельного переноса.

Синтез устройств комбинационной логики. Некоторые устройства, выполняющие определенные логические операции, могут быть построены на простых логических элементах. Дана, например, следующая таблица истинности (рис. 3.10):

Выбираем строки, где Y = 1. Записываем логическое выражение этой функции, опуская знаки логического И, и преобразуем, используя правила преобразования булевых функций:

Результат преобразований реализуется схемой (рис.3.10). Если Y содержит больше нулей чем единиц, то логическая сумма записывается для нулей.

3.6. Триггеры

Триггер – логическое устройство, имеющее два устойчивых состояния, переход которого из одного состояния в другое осуществляется под воздействием управляющих сигналов.

Устойчивые состояния можно принять в качестве логической информации 0 и 1. В таком случае триггер можно использовать в качестве запоминающего устройства, которое хранит один разряд числа, представленного в двоичном коде.

Состояние триггера определяется по выходному сигналу. При этом говорят, что триггер установлен, если на его выходе присутствует логическая 1, и сброшен, – если 0. В триггерах с прямым управлением активным уровнем считается уровень логической 1, а в триггерах с инверсным управлением– уровень логического 0. После переключения триггера входной активный уровень может быть снят, но триггер продолжает оставаться в том состоянии, которое он приобрел под воздействием этого сигнала. Для удобства-использования триггеры имеют два выхода, один из которых называют прямым Q, а другой – инверсным . Если триггер установлен (в состоянии 1), на его прямом выходе будет логическая 1, а на инверсном – логический 0.

Помимо информационных входов, обозначаемых буквами R,S,.J, К', D. Т, триггеры могут содержать и вспомогательные (управляющие) входы, напримеp, предварительной установки или вход синхронизации С.

Триггеры, которые реагируют на информационные сигналы только при наличии сигнала синхронизации, называют синхронными. В отличие от них асинхронные триггеры реагируют на информационные сигналы в момент их поступления. Синхронные триггеры, в свою очередь, могут быть со статическим и динамическим управлением. Для того чтобы синхронный триггер со статическим управлением смог воспринимать сигналы на информационных входах, на его входе синхронизации С должен присутствовать уровень логической 1. Синхронный триггер со динамическим управлением реагирует на информационные сигналы только в момент изменения сигнала на С-входе от 0 до 1 (прямой динамический С-вход), либо от 1 до 0 (инверсный динамический С-вход). На рис. 3.11,а, б показаны соответственно обозначения синхронного триггера с прямым и инверсным динамическим управлением.

Для синхронного триггера со статическим управлением иногда используют обозначение С-входа, показанное на рис.3.11,в, но чаще всего у С-входа вообще не ставят никаких специальных значков.

По функциональным возможностям различают:

– триггер с раздельной установкой состояний 0 и 1 (триггер с установочными входами, RS-триггер);

– триггер со счетным входом (счетный триггер, T-триггер);