|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Глава 1 СИНТЕЗ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ § 1.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ Серии микросхем, выпускаемые промышленностью, содержат широкую номенклатуру элементов, выполняющих не только простейшие логические функции (И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т. д.), но и более сложные операции (например, выполняемые мультиплексорами и двоичными сумматорами), что коренным образом изменило подход к логическому проектированию цифровых устройств радиотехнических систем. Если несколько лет назад серии микросхем имели в своем составе в качестве базового логического элемента (ЛЭ) только ЛЭ И-НЕ или только ЛЭ ИЛИ-НЕ, то в настоящее время серии микросхем включают такие ЛЭ, как И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ, «исключающее ИЛИ» и др. Поэтому не может быть речи о синтезе комбинационных схем (КС) в каком-либо определенном базисе, а следует наиболее полно использовать функциональные возможности всех ЛЭ. Для понимания данной главы необходимо знать основы алгебры логики и теории переключательных функций (аксиомы, теоремы и тождества алгебры логики, формы представления переключательных функций и методы их минимизации), см. § 8.2-8.4 [53] или § 1.2-1.4 152]. Во всех примерах проектирования цифровых узлов будут использованы микросхемы серий 155 и 564 [4,63], однако при необходимости эти же узлы можно будет выполнить и на микросхемах других серий по изложенной в данной главе методике. § 1.2. ДЕШИФРАТОРЫ, ШИФРАТОРЫ И ДЕШИФРАТОРЫ-ДЕМУЛЫИПЛЕКСОРЫ Полным дешифратором называется КС, имеющая п входов и 2" выходов и реализующая на каждом выходе функцию, представляющую собой минтерм п переменных /Сг (v) [52, 53], где v = {Xi,-..,XnY, Хр - входные сигналы {р = 1,2.....и), / = О, 1,2.....2"-1. В полном дешифраторе каждой комбинации значений входных сигналов соответствует сигнал, равный 1, только на одном выходе. На рис. 1.1,(2 показана принципиальная схема дешифратора, имеющего два входа х, и и реализующего четыре минтерма Ко, Ki, Kz и Кз (дешифратор 2x4). Условное графическое обозначение данного дешифратора приведено на рис. 1.1, б. В левом поле указаны веса входных сигналов Xi и Xz, комбинации значений которых рассматриваются в качестве двоичных чисел. Каждому входному двоичному числу соответствует сигнал, равный 1 только на выходе, номер которого, указанный в правом поле, совпадает с двоичным числом. Дешифраторы могут быть неполными, реализующими m < 2" минтермов. Такие дешифраторы используются, например, для преобразования двоично-десятичного кода в код, предназначенный для управления десятичным индикатором (дешифраторы 4x10). На рис. 1.2 показано условное графическое обозначение дешифратора 4х 10 (например, микросхемы 155ЙД1 и 564ИД1). Микросхема 155ИД1 предназначеНа для управления высоковольтным десятичным индикатором (лампами с холодным катодом типа ИН с системой цифр от О до 9). Рис. 1.1. Дешифратор 2X4
Рис. 1.2. Дешифратор 4X10 (микросхемы 155ИД1 и 564ИД1) Дешифраторы являются преобразователями кодов, выполняющих преобразование двоичного и двоично-десятичного кодов в унитарный код. Унитарный код двоичного п-разрядного числа [62] представляется 2" разрядами, только один из разрядов которого равен 1. Шифраторы выполняют функцию, обратную дешифраторам, т. е. преобразуют унитарный код в двоичный или двоично-десятичный. На основе полных дешифраторов строятся дешифраторы-демульти-плексоры, выполняюцще функции fi = GKiiy), где v = {х ... , л:„); < = О, 1, 2, 2"-1, т. е. используется дополнительный вход G, сигнал с которого подается на все ЛЭ И полного дешифратора (рис. 1.3).  Рис. 1.3. Четырехкаиаль-ный дешифратор-демульти-плексор Рис. 1.4. 16-канальный дешифратор-де-мультиплексор 155ИДЗ (а) и 32-канальный дешифратор-демультиплексор, выполненный на микросхемах 155ИДЗ (б)  Рис. 1.5. Сдвоенный четырехканальный дешифратор-демультиплексор 155ИД4 (й) и восьмиканальный дешифратор-демультиплексор, выполненный на микросхеме 155ИД4 (б) Микросхема 155ИДЗ представляет собой дешифратор-демультиплек-сор (рис. 1.4, а), выполняющий функции ft = GiGzKtiXi, Xz, Хз, х), где f =0,1, 2, 15, т. е. данный дешифратор-демультиплексор представляет собой коммутатор, который передает сигнал Gfiz на один из 16 выходов в зависимости от значений сигналов на четырех адресных входах 1, 2, 4 и 8. При Gi = Ог = 0 микросхема 155ИДЗ выполняет функции дешифратора 4x16 с инверсными выходами. В левом верхнем поле (рис. 1.4, а) указаны веса входных сигналов Хр (р = = 1, 2, 3, 4), комбинации значений которых рассматриваются в качестве двоичных чисел. При G, = = О каждому входному двоичному числу соответствует сигнал, равный О, только на выходе, номер которого, указанный в правом поле, совпадает с двоичнью числом. Использование двух дополнительных входов Gi и Gz позволяет достаточно просто построить 32-канальный дешифратор-демультиплексор и 64-канальный дешифратор е инверсными выходами (дешифратор 6x64). На рие. 1.4, б показана схема 32-канального дешифратора-демультиплексора, построенного на основе двух 16-канальных дешифраторов-демультиплексоров (микросхемы 155ИДЗ). В этой схеме входы Gz используются в качестве пятого адресного входа, имеющего вес 16, а на вход Gi подается коммутируемый на 32 выхода сигнал G, т. е. схема выполняет функции ft = G/Ci(v) м fj = fiie = GKuM, где v = {xi, x, Хг, x, Xs); I = 0, 1, 2, 15. При G=0 данная схема представляет собой дешифратор 5x32 е инверсными выходами. Для построения дешифратора 6x64 необходимо использовать четыр£ микросхемы 155ИДЗ, в которых все дополнительные входы Gi и Сг должны быть адресными входами (на входы Gj и G2 каждой микросхемы следует подать одну из четырех комбинаций из прямых и инверсных сигналов G и Gz, причем все четыре комбинации должны быть использованы). В виде микросхем выпускаются также сдвоенные четырехканаль-ные дешифраторы-демультиплексоры, например микросхема 155ИД4 (рие. 1.5, а). Данная микросхема выполняет функции ft GiGjKib) и Ф, = WyWzKib). где V = (л., х.; « = О, 1, 2, 3. При G. = IJi -= WQ и Gal получается сдвоенный дешифратор 2x4 с инверсными выходами. Если же положить G=i=G и Gz=Wz=Xi, где входы Gg и используются в качестве третьего адресного входа, то получится 8-канальный дешифратор-демультиплексор (рис. 1.5,6), выполняю- 0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |