Глава 4. Цифровые устройства

 

Классификация цифровых устройств

В общем случае цифровые электронные устройства могут быть классифицированы по двум признакам (см. рис. 4.1): по способу ввода-вывода переменных; по принципу действия.

Рис. 4.1. Классификация цифровых устройств

 

По способу ввода-вывода переменных различают последовательные, параллельные, последовательно-параллельные (смешанные) устройства. Последовательным называется устройство, в котором входные переменные подаются на вход, а выходные переменные снимаются с выхода не одновременно, а последовательно, разряд за разрядом. Параллельным называется устройство, в котором входные переменные подаются на вход, и все разряды выходных переменных снимаются с выхода одновременно. В последовательно-параллельных устройствах входные и выходные переменные представлены в различных формах. Либо на вход переменные подаются последовательно символ за символом, а с выхода они снимаются одновременно, либо наоборот.

По принципу действия различают комбинационные и последовательностные устройства. Комбинационными устройствами, или автоматами без памяти, называются логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются только действующей в настоящий момент на входе комбинацией переменных и не зависит от значений переменных, действовавших на входе ранее. Последовательностными устройствами, или автоматами с памятью, называют логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только действующей в настоящий момент времени комбинацией переменных, но и всей последовательностью входных переменных, действовавших в предыдущие моменты времени. Этот тип устройств часто называют цифровыми автоматами.

Входы цифровых устройств принято разделять по назначению на несколько групп: информационные, адресные и управляющие. На информационные входы, как правило, подаются данные, которые необходимо сохранить, обработать, передать и т.д. На адресных входах формируют адрес информационного входа, выхода или внутренней ячейки памяти. Управляющие входы определяют режим работы логического устройства, разрешают или запрещают какую-либо функцию или работу устройства в целом. В зависимости от типа устройства в нем могут сочетаться различные группы входов.

 

Цифровые комбинационные устройства

 

Мультиплексор

Мультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников информации в один выходной сигнал.

В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей, как это показано на рис. 4.2.

 Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость переключения механических ключей невысока. Кроме того, для управления ключами необходимо прибегать к помощи какого-либо специального схемного решения.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. Иначе задачей мультиплексора является выполнение функции электронного ключа с электронным управлением посредством цифрового сигнала.

На рис. 4.3 приведена логическая схема мультиплексора, реализованная на основных логических элементах И, ИЛИ, НЕ. На схеме обозначено: А₀, А₁ – адресные входы, определяющие вход, с которого сигнал будет передан на выход Q; D _0, D _{1 ,} D _{2 ,} D ₃ – информационные входы; Е – вход разрешения работы. Таблица истинности мультиплексора имеет вид:

 

Е	А 0	А1	Q
1	х	х	0	1
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1

 

Рис. 4.3. Логическая схема (а), условно-графическое                                обозначение (б) мультиплексора

 

При рассмотрении схемы мультиплексора видно, что при подаче на один из входов логического элемента И (будем называть его информационным) сигнал перейдет на выход только после того как на другой вход (будем называть его управляющий) будет подана логическая 1. Так в случае наличия логического 0 на управляющем входе, на выходе всегда будет 0. При подаче на управляющий вход логической 1 сигнал с информационного входа (как 1, так и 0) будут переданы на выход. Объединение выходов элементов И в один выход мультиплексора в целом реализуется элементом ИЛИ.

В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по КМОП технологии.