Комбинационные логические устройства (КЛУ)

К комбинационным логическим устройствам относятся мультиплексоры, демультиплексоры, кодеры и декодеры, частным случаем кодеров и декодеров являются шифраторы и дешифраторы

Мультиплексором называются комбинационные устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX, а также через MS. Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и число адресных входов m действуют соотношение n =2m, то такой мультиплексор называют полным. Если n<2m, то мультиплексор называют неполным.

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причём каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определённому двоичному коду. Шифратор иногда называют " кодером" (от англ. Coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре.

Дешифратором называется комбинационное устройство, преобразующее n — разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.

Триггеры

Главное свойство последовательностных устройств – зависимость выходного сигнала от комбинации входных сигналов и от значений переменных на входе и выходе в предыдущий момент времени. Например, необходимо сложить два числа, потом к этой сумме прибавить третье, следовательно нужна память для сохранения предыдущей суммы и обратная связь для возврата к входу этой суммы.

Самым распространенным элементом памяти является триггер (см. бистабильный генератор, триггер с коллекторно-базовыми связями). Рассмотрим его эквивалентную схему на логических элементах:

Из равновесного состояний система выводится замыканием на ноль одного из входов, это неуправляемый триггер. Но если заменить элементы НЕ на элементы 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ, получим простейший асинхронный неуправляемый RS – триггер.

S – вход установки, R – вход сброса. Если R=S=0 – получаем инвертор.

Регистры

Регистр – это последовательностное устройство, предназначенное для записи, хранения и(или) сдвига информации, записанной в виде многоразрядного двоичного кода. Регистры могут быть двух видов – последовательные и параллельные, последовательные, это скоростные регистры, но они громоздки при использовании многоразрядного кода.

Рассмотрим простейший параллельный регистр для хранения и передачи одного байта информации. Один триггер может хранить и передавать один бит информации, следовательно понадобится 8 триггеров, построим схему на основе D-триггеров.

При поступлении положительного импульса, регистр передает информацию с входа на выход, при поступлении отрицательного, находится в состоянии хранения информации.

Счетчики

Счетчик предназначен для счета входных импульсов и фиксации их количества в двоичном коде. Основной элемент счетчика также – триггер, типа ведущий-ведомый.

Рассмотрим схему четырехразрядного счетчика:

Так как J=K=1, следовательно триггеры работают в счетном режиме. Сброс происходит кратковременным подключением канала сброса к единице. На выходах получаем следующие временные характеристики