на головну | список тем | перегляд презинтацій | самотестування | історія створення

 

Тема16. Дешифратори та шифратори.

Функції дешифраторів і шифраторів зрозумілі з їх назв. Дешифратор перетворить вхідний двійковий код в номер вихідного сигналу (дешифрує код), а шифратор перетворить номер вхідного сигналу у вихідний двійковий код (шифрує номер вхідного сигналу). Кількість вихідних сигналів (і відповідних їм виходів) дешифратора і вхідних сигналів (і відповідних їм входів) шифратора рівна кількості можливих станів двійкового коду (вхідного коду у дешифратора і вихідного коду у шифратора), тобто 2П, де п - розрядність двійкового коду (малюнок 16.1). Мікросхеми дешифраторів позначаються на схемах буквами DC (від англійського Decoder), а мікросхеми шифраторів - CD (від англійського Coder).

Малюнок 16.1. Функції шифратора (зліва) та дешифратора (справа).

Активним завжди є тільки один вихід дешифратора, причому номер цього виходу (і відповідного йому сигналу) однозначно визначається вхідним кодом. Вихідний код шифратора однозначно визначається номером вхідного сигналу.
Розглянемо докладніше функцію дешифратора.
В стандартні серії входять дешифратори на 4 виходи (2 розряди вхідного коду), на 8 виходів (3 розряди вхідного коду) і на 16 виходів (4 розряди вхідного коду). Вони позначаються відповідно як 2-4, 3-8, 4-16. Розрізняються мікросхеми дешифраторів входами управління (дозволу/заборони вихідних сигналів), а також типом виходу: 2С або ОК. Вихідні сигнали всіх дешифраторів мають негативну полярність. Входи, на які поступає вхідний код, називають часто адресними входами. Позначають ці входи 1, 2, 4, 8, де число відповідає вазі двійкового коду (1 - молодший розряд, 2 - наступний розряд і т. д.) або А0, Al, A2, A3. У вітчизняних серіях мікросхеми дешифраторів позначаються буквами ИД. На малюнку 16.2 показано три найтиповіші мікросхеми дешифраторів.


Малюнок 16.2. Приклади мікросхем дешифраторів.

Код на входах 1,2,4,8 визначає номер активного виходу (вхід 1 відповідає молодшому розряду коду, вхід 8 - старшому розряду коду). Входи дозволу Cl, C2, СЗ з'єднані по функції І і мають вказану на малюнку полярність. Як приклад нижче приведена таблиця істинності дешифратора ИД7 (3-8) (таблиця. 16.1). Існують і дешифратори 4-10 (наприклад, ИД6), які обробляють не всі можливі 16 станів вхідного коду, а тільки перші 10 з них.

Перші три рядки таблиці істинності відповідають забороні вихідних сигналів. Дозволом виходу буде одиниця на вході С1 і нулі на входах С2 і СЗ. Символ «X» позначає будь-який стан даного входу (неважливо, нуль або одиниця). Нижні вісім рядків відповідають дозволу вихідних сигналів. Номер активного виходу (на якому формується нульовий сигнал) визначається кодом на входах 1, 2, 4, причому вхід 1 відповідає молодшому розряду коду, а вхід 4 - старшому розряду коду.
Найтиповіше вживання дешифраторів полягає саме в дешифруванні вхідних кодів, при цьому входи С використовуються як стробуючі, управляючі сигнали. Номер активного (тобто нульового) вихідного сигналу показує, який вхідний код поступив. Якщо потрібно дешифрувати код з великим числом розрядів, то можна об'єднати декілька мікросхем дешифраторів (приклад показаний на малюнку 16.3).

Малюнок 16.3. Збільшення розрядності дешифраторів.

При цьому старші розряди коду подаються на основний дешифратор, виходи якого дозволяють роботу декількох додаткових дешифраторів. На з'єднані входи цих додаткових дешифраторів подаються молодші розряди вхідного коду. Використовуючи п'ять мікросхем дешифраторів 2-4 можна одержати дешифратор 4-16, як показано на малюнку (хоча краще, звичайно, узяти готову мікросхему). Так само на дев'яти мікросхемах 3-8 можна реалізувати дешифратор 6-64, а на сімнадцяти мікросхемах 4-16 - дешифратор 8-256.
Ще одне поширене вживання дешифраторів - селекція (відбір) заданих вхідних кодів. Поява негативного сигналу на вибраному виході дешифратора означатиме надходження на вхід коду, що цікавить нас.
Ще одне важливе вживання дешифраторів полягає в перекоммутации одного вхідного сигналу на декілька виходів. Або, як ще можна сказати, дешифратор в даному випадку виступає як демультиплексор вхідних сигналів, який дозволяє розділити вхідні сигнали, що приходять в різні моменти часу, на одну вхідну лінію (мультиплексовані сигнали). При цьому входи 1, 2, 4, 8 дешифратора використовуються як керуючі, адресні, визначаючі, на який вихід переслати вхідний сигнал, що прийшов в даний момент (малюнок 16.4). А сам сигнал подається на один з входів С і пересилається на заданий вихід. Якщо у мікросхеми є декілька стробуючих входів С, то входи, що залишилися, можна використовувати як дозволяючі роботу дешифратора.


Малюнок 16.4. Вмикання дешифратора як демультиплексора.

Як і для будь-яких інших цифрових мікросхем, для дешифраторів найбільш критична ситуація одночасної або майже одночасної зміни вхідних сигналів. Наприклад, якщо строби С постійно дозволяють роботу дешифратора, то у момент зміни вхідного коду на будь-якому виході дешифратора можуть з'явитися паразитні негативні короткі імпульси. Це може бути пов'язано як з неодночасним виставлянням розрядів коду (через недосконалість мікросхем джерел коду або через різні затримки розповсюдження по лініях зв'язку), так і з внутрішніми затримками самих мікросхем дешифраторів.
Для виключення таких паразитних імпульсів можна застосувати синхронізацію за допомогою стробуючих сигналів. Сигнал, що використовується для цього, С, повинен починатися після поточної зміни коду, а закінчуватися до наступної зміни коду. Тобто повинен бути реалізований вкладений цикл.
На другому рівні уявлення (модель з тимчасовими затримками) потрібно також враховувати те, що затримки дешифратора більші затримок простих логічних елементів: удвічі для вхідного коду і приблизно в півтора разу для стробуючих входів. Якщо спробувати замінити дешифратор схемою на логічних елементах, то такий дешифратор вийде повільнішим. Точні величини затримок можна знайти в довідниках.
Дешифратори, що мають виходи типа ОК (ИД5, ИД10), зручно застосовувати в схемах позиційної індикації на світлодіодах. На малюнку 16.5 приведений приклад реалізації позиційного індикатора на мікросхемі ИД5, яка є двома дешифраторами 2--4 із з'єднаними входами для подачі коду і стробами, що дозволяють легко будувати дешифратор 3-8. При цьому старший розряд коду вибирає один з дешифраторів 2-4 (нуль відповідає верхньому по схемі дешифратору, а одиниця - нижньому). Тобто в даному випадку номер світлодіода, що горить, рівний вхідному коду дешифратора. Така індикація називається позиційною.


Малюнок 16.5. Використання дешифратора для позиційної індикації.


Шифратори застосовуються набагато рідше, ніж дешифратори. Це пов'язано з більш специфічною областю їх вживання. Значно менше і вибір мікросхем шифраторів в стандартних серіях. У вітчизняних серіях шифратори мають в назві букви ИВ.
На малюнку 16.6 показано для прикладу дві мікросхеми шифраторів: ИВ1 і ІВЗ. Перша має 8 входів і 3 виходи (шифратор 8-3), а друга - 9 входів і 4 виходи (шифратор 9-4). Всі входи шифраторів інверсні (активні вхідні сигнали - нульові). Всі виходи шифраторів теж інверсні, тобто формується інверсний код. Мікросхема ИВ1 крім 8 інформаційних входів і 3 розрядів вихідного коду (1, 2, 4) має інверсний вхід дозволу -EI, вихід ознаки приходу будь-якого вхідного сигналу -GS, а також вихід перенесення -ЕО, що дозволяє об'єднувати декілька шифраторів для збільшення розрядності.

Малюнок 16.6. Використання дешифратора для позиційної індикації.

З таблиці видно, що на виходах коду 1, 2, 4 формується інверсний двійковий код номера вхідної лінії, на який приходить негативний вхідний сигнал. При одночасному надходженні декількох вхідних сигналів формується вихідний код, відповідний входу з найбільшим номером. Тобто старші входи мають пріоритет перед молодшими. Тому такий шифратор називається пріоритетним. За відсутності вхідних сигналів (другий рядок таблиці) формується вихідний код 111. Одиничний сигнал -EI (перший рядок) забороняє роботу шифратора (всі вихідні сигнали встановлюються в одиницю). На виході -GS виробляється нуль при приході будь-якого вхідного сигналу, що дозволяє, зокрема, відрізнити ситуацію приходу нульового вхідного сигналу від ситуації відсутності будь-яких вхідних сигналів. Вихід -ЕО стає активним (нульовим) за відсутності вхідних сигналів, але при дозволі роботи шифратора сигналом -EI.


Малюнок 16.7. Стандартне вмикання шифратора.

Стандартне вживання шифраторів полягає в скороченні кількості сигналів. Наприклад, у разі шифратора ИВ1 інформація про вісім вхідних сигналів згортається в три вихідні сигнали. Це дуже зручно, наприклад, при передачі сигналів на великі відстані. Правда, вхідні сигнали не повинні приходити одночасно. На малюнку 16.7 показані стандартна схема включення шифратора і тимчасові діаграми його роботи.
Інверсія вихідного коду призводить до того, що при приході нульового вхідного сигналу на виході формується не нульовий код, а код 111, тобто 7. Так само при приході, наприклад, третього вхідного сигналу на виході формується код 100, тобто 4, а при приході п'ятого вихідного сигналу - код 010, тобто 2.
Наявність у шифраторів входів -EI і -ЕО дозволяє збільшувати кількість входів і розрядів шифратора, правда, за допомогою додаткових елементів на виході. На малюнку 16.8 показаний приклад побудови шифратора 16-4 на двох мікросхемах шифраторів ИВ1 і трьох елементах 2І-НІ (ЛАЗ).
Одночасна або майже одночасна зміна сигналів на вході шифратора приводить до появи періодів невизначеності на виходах. Вихідний код може на короткий час приймати значення, не відповідне жодному з вхідних сигналів. Тому в тих випадках, коли вхідні сигнали можуть приходити одночасно, необхідна синхронізація вихідного коду, наприклад, за допомогою дозволяючого сигналу -EI, який повинен приходити тільки тоді, коли стан невизначеності вже закінчився.
Затримка шифратора від входу до виходу коду приблизно в півтора разу перевищує затримку логічного елемента, а затримка до виходу -GS - приблизно в два рази більше. Точні величини затримок мікросхем можна знайти в довідниках.

Малюнок 16.8. Шифратор 16-4 на двох шифраторах 8-3.

презинтація

попередня тема наступна тема

тестування