Илюхин А.В. Логические автоматы. Типовые комбинационные схемы

Подождите немного. Документ загружается.

версных выходов 0…15.

В интегральном исполнении выпускаются ИЦМ дешифраторов

как с прямыми выходами, так и с инверсными, а также дополнитель-

ным входом (входами) стробирования, разрешающим процесс де-

шифрации.

Наличие двух входов стробирования существенно расширяет

возможности использования микросхем. Если на обоих входах стро-

бирования уровень логического нуля, на том из выходов, номер ко-

торого соответствует десятичному эквиваленту входного кода (вход

1 - младший разряд, вход 8 -старший), будет уровень логического

нуля, на остальных выходах – уровень логической единицы. Если

хотя бы на одном из входов стробирования S присутствует уровень

логической единицы, то независимо от состояний входов на всех

выходах микросхемы формируются уровни логической единицы

(или, как говорят, неактивный логический уровень).

Благодаря этому из двух микросхем ИДЗ, дополненных одним

инвертором, можно собрать дешифратор на 32 выхода (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Дешифратор на 32 выхода

Как видно, на адресные входы 1-2-4-8 обоих дешифраторов

подаются одинаковые разряды двоичного кода, а вход 16 как бы се-

лектирует (выбирает) одну из микросхем. Пока на входе 16 присут-

ствует уровень логического нуля, что соответствует десятичным

значениям от 0 до 15, активной является ИЦМ DD1, поскольку на её

входе S уровень логического нуля. Уровни логического нуля появ-

ляются на тех выходах этой микросхемы, десятичный номер кото-

рых соответствует двоичному коду на входах. Микросхема DD2 при

этом находится в неактивном состоянии из-за того, что благодаря

инвертору DD3.1 на её входе S присутствует уровень логической

единицы. Когда же на входе 16 появляется уровень логической еди-

ницы, что соответствует десятичным значениям от 16 до 31, актив-

ной является ИЦМ DD2 и результат дешифрации снимается с её

выходов.

Дешифратор на 64 выхода можно по аналогии выполнить на

четырех микросхемах ИДЗ и двух инверторов. Такая схема приве-

дена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Дешифратор на 64 выхода

Дешифратор на 256 выходов, схема которого приведена на

рис. 4.5, реализуется на 17 микросхем ИДЗ. Причём первая микро-

схема дешифратора выполняет функцию селектора, выбирающего

одну из остальных 16 микросхем, которые и выполняют собственно

функцию дешифрирования двоичного кода.

В заключение отметим, что обозначение DC, присутствующее

в центральном поле условного графического изображения, проис-

ходит от английского слова «decoder».

Рис. 4.5. Дешифратор на 256 выходов

4.1.2. Применение дешифраторов для реализации логических

функций

Поскольку каноническая сумма минтермов (КСМ) любой логи-

ческой функции есть дизъюнкция конъюнкций аргументов, каждый

минтерм которой принимает единичное значение при одном соот-

ветствующем наборе значений аргументов, то с помощью полного

дешифратора можно реализовать любую логическую функцию. По-

этому дешифраторы часто называют универсальными преобразова-

телями.

Для реализации логической функции на дешифраторе она

должна быть задана в виде канонической суммы минтермов, при

этом необходимо те выходы дешифратора, на которых появляется

логическая единица, при подаче на входы дешифратора комбина-

ций, соответствующих каждому минтерму входящему в данную

КСМ, объединить через операцию «дизъюнкция».

Положим, что задана логическая функция в виде булева вы-

ражения, представленного как КСМ

434214342143421

321

ХХХХХХХХХF ++= .

Если рассматривать каждый минтерм как двоичное число, то

получим совокупность 7, 5, 1, и в соответствии со свойствами де-

шифраторов логическая единица при подаче на его входы каждого

минтерма будет появляться на выходах 7, 5, 1. Поскольку между

минтермами осуществляется операция «дизъюнкция», то выводы

дешифратора 7, 5, 1 необходимо подать на элемент «ИЛИ». В ре-

зультате реализация функции представится в виде схемы, приве-

дённой на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Реализация логической функции на дешифраторе

Если использовать дешифратор с инверсными выходами, то

реализовать логическую функцию можно с использованием элемен-

та «И-НЕ», предварительно преобразовав булево выражение по

теореме де Моргана

321321321

ХХХХХХХХХ

ХХХХХХХХХF

⋅⋅

=++=

Схемная реализация функции представлена на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Реализация логической функции на дешифраторе с инверсными

выходами

Если логическая функция задана в виде канонического произ-

ведения макстермов (КПМ), то выходы дешифратора, соответст-

вующие наборам аргументов, при которых функция принимает ну-

левое значение, необходимо проинвертировать и объединить через

операцию «конъюнкция»

(

)

(

)

(

)

(

)( )( )

321321321

016

321321321

000001110 ⋅⋅=++⋅++⋅++ ХХХХХХХХХ

Реализация булева выражения в этом случае представлена на

рис. 4.8. Фактически схемная реализация аналогична схеме, пред-

ставленной на рис 4.7, но вместо элемента «И-НЕ» используется

элемент «И».

Рис. 4.8. Реализация логической функции, заданной в виде канонического

произведения макстермов

Возможна реализация (КПМ) через каноническую сумму мин-

термов с использованием логической операции «Стрелка Пирса».

)()()(

321321321

XXXXXXXXX

XXXXXXXXXF

⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=

=++++++++=

=++⋅++⋅++=

В этом случае, естественно, необходимо использовать эле-

мент «ИЛИ-НЕ».

В КМОП - сериях также широко представлены дешифраторы.

Например, микросхемы 176ИД1 и 561ИД1 представляют собой де-

шифраторы на 10 выходов, т.е. такие дешифраторы являются не-

полными. Микросхемы имеют четыре входа 1-2-4-8 для подачи кода.

Выходной сигнал уровня логической единицы появляется на том

выходе дешифратора, номер которого соответствует десятичному

эквиваленту входного кода, на остальных выходах дешифратора

при этом уровень логического нуля. При подаче на входы кодов, со-

ответствующих десятичным числам, превышающим 9, активизиру-

ются выходы 8 или 9 в зависимости от сигнала, поданного на вход 1,

— при логическом нуле, на этом входе логическая единица появля-

ется на выходе 8, при логической единице — на выходе 9.

Микросхемы не имеют специального входа стробирования,

однако, для построения дешифраторов с количеством выходов бо-

лее десяти можно использовать для стробирования вход 8 микро-

схем, так как выходной сигнал может появиться на выходах 0…7

лишь при уровне логического нуля на входе 8 (рис. 4.9).

Безусловно, в многочисленных сериях ИЦМ присутствует

большое количество микросхем дешифраторов. В данном учебном

пособии нет возможности описать все эти микросхемы, поэтому ре-

комендую активно пользоваться справочной литературой, краткий

перечень которой вы найдёте в конце.

Наиболее часто дешифраторы применяются в устройствах

отображения информации с использованием различных индикатор-

ных устройств, которые позволяют отображать двоичную информа-

цию в десятичной форме, что облегчает общение человека с логи-

ческими автоматами.

Рис. 4.9. Схема включения двух дешифраторов для увеличения количест-

ва выходов

4.1.3. Применение дешифраторов в устройствах индикации

Для работы с индикаторами используются как дешифраторы

широкого применения, так и специализированные дешифраторы,

которые могут работать только с цифровыми индикаторами и не

дают возможности использовать их для реализации логических

функций.

В состав серии 155 специально включен двоично-десятичный

дешифратор 155ИД1 с высоковольтными выходами, выполненными

в виде открытого коллектора. Дешифратор имеет четыре входа, ко-

торые могут подключаться к выходам 1-2-4-8 любого источника ко-

да, и десять у выходов, которые могут подключаться к катодам газо-

разрядного цифрового или знакового индикатора, причём анод по-

следнего через резистор сопротивлением 22...91 кОм подключен к

полюсу источника постоянного или пульсирующего напряжения

200...300 В (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Схема включения дешифратора 155ИД1

Дешифраторы с десятичными выходами, кроме работы с циф-

ровыми индикаторами, могут быть использованы и для других целей

(например, для реализации логических функций), однако, в настоя-

щее время в подавляющем большинстве в устройствах цифровой

индикации используются семисегментные индикаторы, для работы с

которыми используются специализированные дешифраторы или

преобразователи семисегментного кода. Использовать такие де-

шифраторы для реализации логических функций не представляется

возможным.

Семисегментные индикаторы (или, как их ещё называют, –

знакосинтезаторы) представляют собой электровакуумные светоди-

одные или жидкокристаллические приборы, имеющие семь стан-

дартно расположенных сегментов и предназначенные для отобра-

жения цифровой информации (рис. 4.11). Те, у кого есть электрон-

ные часы, хорошо знакомы с такими индикаторами.

Рис. 4.11. Обозначения сегментов семисегментного индикатора

Каждый сегмент имеет своё буквенное обозначение, совпа-

дающее с обозначениями выходов дешифраторов, работающих с

такими индикаторами.

Для того чтобы понять принципы реализации дешифраторов

для работы с семисегментными индикаторами, составим таблицу

истинности (табл. 4.2), в которой сопоставим двоичные коды, соот-

ветствующие десятичным цифрам, поданным на входы дешифрато-

ра, и активизацию сегментов знакосинтезаторов для отображения

соответствующей десятичной цифры. Будем считать, что активиза-

ция сегмента соответствует подаче на него уровня логической еди-

ницы, хотя на самом деле в большинстве случаев всё происходит

наоборот (активным считается уровень логического нуля).

По таблице истинности можно записать булевы выражения

для функций реализующих каждый сегмент семисегментного инди-

катора, по которым легко реализовать его полную схему. Схемная

реализация дешифратора для сегментов «a» и «g» семисегментного

индикатора приведена на рис. 4.12.

Существует несколько типов семисегментных знакосинтезато-

ров, для управления которыми используются различные микросхе-

мы - преобразователи семисегментного кода.

Таблица 4.2

Входы Выходы

Циф-

ра

abcde f g

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

Рис. 4.12. Реализация дешифратора для семисегментных знакосин-

тезаторов

Полупроводниковые (светодиодные) индикаторы имеют низкие

напряжения питания (1,5...3В), токи отдельных сегментов составля-

ют 2...30 мА.

Для сопряжения сегментных индикаторов с микросхемами ТТЛ

- логики используются микросхемы К514ИД1, К514ИД2, К514ИД4.

Они представляют собой преобразователи двоично - десятич-

ного кода в код управления семисегментным индикатором. Микро-

схемы К514ИД1 и К514ИД4 имеют открытые эмиттерные выходы и

резисторы в коллекторных цепях и используются для управления

индикаторами с общим катодом без внешних резисторов. Микро-

схема К514ИД2 имеет открытые коллекторные выходы и использу-

ется с индикаторами, имеющими общий анод (рис. 4.13). При этом

требуется применение внешних резисторов. Допустимый ток микро-

схемы по каждому выходу 22 мА.

Рис. 4.13. Схема включения преобразователя К514ИД2

В КМОП - сериях также существуют преобразователи двоично-

десятичного кода в код управления семисегментными индикатора-

ми. Микросхема К176ИД2 позволяет непосредственно подключать

такие светодиодные индикаторы, как АЛ305А, АЛС321, АЛС324 и др.

(рис.4.14).

Рис. 4.14. Схема включения дешифратора 176ИД2 со светодиодным инди-

катором АЛ305