 |
Шифратори і дешифратори
|
|
|
|
Шифратори.
Шифраторами називають комбінаційні ЦА, які призначені для перетворення однорозрядного позиційного коду на багаторозряднийкод. Вхідний сигнал активного рівня на такому пристрої може з’явитись лише на одному з його входів; у той же час на його виході буде отримана комбінація декількох активних вихідних сигналів, що відповідає визначеному алгоритмові перетворення коду.
Розглянемо приклад синтезу шифратора, що виконує перетворення десяткового коду у натуральний двійковий.
Нехай шифратор має 10 входів, послідовно пронумерованих десятковими цифрами (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), та n виходів. Подача сигналу на один із входів приводить до появи на виходах n -розрядного двійкового числа, яке відповідає десятковому номеру активного входу. Кількість виходів n може бути визначена як мінімальна, що достатня для подання найбільшої вхідної величини. Тобто, 910 = 10012; відповідно, n = 4.
УГП такого шифратора зображено на рисунку 2.1. Абревіатура CD в УГП утворена із двох літер англійського слова coder. Десяткові порядкові номери входів та відповідні комбінації вихідних сигналів (натуральні двійкові коди чисел від 0 до 9) подані у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
| Десяткове число Y |
| |||||
| X4 | X3 | X2 | X1 | |||
| ||||||
З наведеної таблиці функціонування шифратора випливає, що, наприклад, вихідна змінна Х1 матиме рівень логічної одиниці за умови, що одна з вхідних змінних Y1, Y3, Y5, Y7, Y9 теж має цей рівень. Таким чином,
|
|
|
.
Аналогічно:
, 
, 
.
Такій системі ЛФ відповідає схема, зображена на рисунку 2.2.
Для отримання схеми шифратора, побудованої на елементах ТА-НІ, треба застосувати до виразів, що відображають функціональну залежність сигналів на його виходах від сигналів на входах, правило де Моргана:
,
,
,
.
На рисунку. 2.3 зображена відповідна схема шифратора на елементах ТА-НІ.
У другій схемі необхідно передбачити подачу на входи інверсних значень сигналів, тобто для отримання на виході двійкового аналогу певної десяткової цифри достатньо на відповідний вхід подати логічний нуль, а на решту входів – логічні одиниці.
Аналогічним чином можуть бути побудовані шифратори, які виконують перетворення десяткових чисел у двійкові з використанням будь-якого двійкового коду. Тому шифратори можна розглядати як окремий різновид перетворювачів кодів.
Шифратори широко застосовують у різноманітних пристроях ручного введення інформації до цифрових систем. Такі системи мають клавіатури, кожна клавіша яких пов’язана з певним входом дешифратора. При натисканні обраної клавіші подається сигнал на відповідний вхід шифратора, і на його виході виникає двійкове число, яке відповідає коду символу, що зображений на клавіші.
Дешифратори
Дешифратори (декодери) виконують зворотну, у порівнянні з шифратором, функцію і призначені для перетворення багаторозрядних кодів на однорозрядний позиційний код (наприклад, двійкових чисел у десяткові).
Входи дешифраторів призначені для подачі на них кодів двійкових чисел, а виходи послідовно пронумеровані десятковими числами. При подачі на вхід дешифратора двійкового числа, сигнал активного рівня з’явиться лише на виході, який відповідає цьому двійковому числу.
Дешифратор – це комбінаційний ЦА, який у будь-який момент часу створює сигнал активного рівня тільки на одному виході – на тому, десятковий порядковий номер якого відповідає коду двійкового числа, створеного вхідними сигналами. Повний дешифратор має р входів та m = 2р виходів.
|
|
|
Складемо таблицю істинності для дешифратора на два входи, вважаючи, що активний рівень вихідних сигналів – рівень логічного нуля (табл. 2.2).
Таблиця 2.2
| Вхідний код 8421 | Вихід | Логічна функція | ||||
| X1 | X0 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
| ||||||
| ||||||
| ||||||
|
У цьому випадку кожній з чотирьох комбінацій на вході буде відповідати рівень логічного нуля на одному з чотирьох виходів, на інших виходах будуть рівні логічних одиниць. Кількість виходів такого дешифратора m = 4. Очевидно, що ЛФ кожного з чотирьох виходів може бути подана як операція АБО над самими значеннями аргументів або їх інверсіями. ЛФ виходів дешифратора записані у відповідних рядках таблиці 2.2. Неважко помітити, що у кожній з функцій інвертуються аргументи, які мають у даному вхідному наборі значення логічної одиниці.
Схема дешифратора, побудованого у відповідності до отриманих виразів, подана на рис. 2.4. На рис. 2.5 наведені варіанти УГП дешифратора 3 х 8 (три входи, вісім виходів) на принципових схемах. Абревіатура DC утворена з двох літер слова decoder. Ліворуч показані входи із вказаними на них ваговими коефіцієнтами кожного двійкового входу. Праворуч – виходи, пронумеровані десятковими числами, що відповідають комбінаціям вхідного двійкового коду. Дешифратор може мати як однофазні (рис. 2.5а), так і парафазні входи (рис. 2.5б) для подачі як вхідних змінних, так і їх інверсій.
|  | ||||
| |||||
Аналогічним чином можна отримати таблицю істинності і ЛФ дешифратора з одиничним активним рівнем вихідних сигналів (табл. 2.3). Для запису ЛФ у цьому випадку доцільно використовувати операцію ТА. Схема такого дешифратора буде відрізнятися від зображеної на рисунку 2.4 тільки типом використаних ЛЕ (ТА замість АБО) і зворотним порядком нумерації виходів.
| Вхідний код 8421 | Вихід | Логічна функція | ||||
| X1 | X0 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
| ||||||
| ||||||
| ||||||
|
Таблиця. 2.3
|
|
|
Зрозуміло, що подібним чином можна побудувати схеми дешифраторів на будь-яку кількість входів. Але дешифратори такої структури, яка зветься лінійною, мають суттєвий недолік – для їх реалізації потрібна велика кількість ЛЕ. Так, наприклад, для реалізації повного дешифратора восьмирозрядних двійкових чисел потрібно m = 28 = 256 елементів АБО, кожен з яких повинен мати 8 входів.
Для зменшення кількості ЛЕ застосовують багатоступеневі схеми дешифраторів: прямокутні (паралельно-послідовні), пірамідальні (послідовні), у яких зменшення кількості ЛЕ досягають за рахунок використання спільних елементів для формування різних вихідних ЛФ. У зв’язку з багатоступеневістю таких схем, час затримки проходження у них зростає пропорційно кількості ступенів схеми.
Розглянемо принцип побудови прямокутного дешифратора з чотирма входами та шістнадцятьма виходами (4 х 16), з нульовим активним рівнем вихідного сигналу. Алгоритм функціонування такого дешифратора та ЛФ виходів подані у таблиці 2.4.
Розіб’ємо вхідні змінні X3, X2, X1 ,X0 на дві групи по дві змінні у кожній: X3 X2 та X1 X0. Кожну пару змінних використаємо як вхідні сигнали окремого лінійного дешифратора на чотири виходи. Тоді вихідні змінні D0, D1, D2, D3, …, D15 прямокутного дешифратора можна подати у вигляді ЛФ, де в якості аргументів будуть виступати вихідні змінні Y0′, …, Y3′ та Y0′′ …, Y3′′ (табл. 2.5) двох лінійних дешифраторів першого ступеня схеми.
Таблиця 2.4
| Вхідний код 8421 | Активний вихід | Логічна функція | |||
| X3 | X2 | X1 | X0 | ||
| D0 | 
| ||||
| D1 | 
| ||||
| D2 | 
| ||||
| D3 | 
| ||||
| D4 | 
| ||||
| D5 | 
| ||||
| D6 | 
| ||||
| D7 | 
| ||||
| D8 | 
| ||||
| D9 | 
| ||||
| D10 | 
| ||||
| D11 | 
| ||||
| D12 | 
| ||||
| D13 | 
| ||||
| D14 | 
| ||||
| D15 | 
|
Таблиця 2.5
 ;
|  ;
|
 ;
|  ;
|
 ;
|  ;
|
 ;
|  ;
|
 ;
| |
 ;
| |
 ;
| |
| …………….. | |
 .
|
Операції логічного додавання вихідних величин дешифраторів першого ступеня здійснюються в окремому дешифраторі другого ступеня, який зветься матричним та складається з елементів АБО з двома входами. Таким чином, отримаємо двоступеневу схему прямокутного дешифратора на чотири входи, яка зображена на рисунку 2.6. На рисунку 2.7 подана схема прямокутного дешифратора з використанням УГП лінійного та матричного дешифраторів.
|
|
|
Рис. 2.6. Схема прямокутного дешифратора 4 Х 16
. 
Рис. 2.7. Схема прямокутного дешифратора з використанням УГП лінійного та матричного дешифраторів
Дешифратори використовують переважно для послідовного управління роботою кількох однотипних пристроїв, які працюють по черзі, тобто для адресації (вибору) пристроїв. Також дешифратори можуть застосовуватися як складові частини більш складних ЦА – наприклад, мультиплексорів та демультиплексорів.
|
|
|
