Дешифраторы и шифраторы

Дешифраторы и шифраторы используются для преобразования информации и формы ее представления в цифровых системах.Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в иной код. Они имеютпвходов и М 2ⁿ выходов. При числе выходов М=2ⁿ дешифраторы называют полными, при меньшем числе- неполным. У полных дешифраторов каждой комбинации вычислений входных переменных ставится в соответствие напряжения логической единицы (нуля) на одном из его выходов. У неполных дешифраторов имеются избыточные комбинации, к которым входы «безразличны» или их состояние не определено. К неполным относится, например, дешифратор двоично-десятичного кода в десятичный. Он имеет четыре входа для двоичного кода и десять выходов, на которых устанавливается логическая единица (нуль) только при десяти значениях входного двоичного числа: 0000... 1001. Дляостальных старших комбинаций входных переменных состояния дешифратора не определены.

Пример условного графического обозначения полного дешифратора натри входные переменные представлен на рис. 2.20.

В зависимости от способа реализации функций выхода y_t различают дешифраторы одноступенчатые (линейные) и многоступенчатые. Последние, в свою очередь, подразделяются на пирамидальные и прямоугольные. При синтезе линейных дешифраторов каждое логическое выражение y_iреализуется отдельно. Для рассматриваемого примера необходимо иметь три инвертора и восемь трехвходовых конъюнкторов (рис. 2.21).

Линейные дешифраторы просты, экономичны и имеют высокое быстродействие. Однако при большой разрядности входного кода, превышающей максимальное число входов ЛЭ (обычно 8), схема дешифратора существенно усложняется. В таком случае предпочтение отдается многоступенчатым дешифраторам.

В пирамидальных дешифраторах конъюнкция над переменными x_iвыполняется не одновременно, а последовательно с помощью нескольких ступеней. Пусть разрядность входного кода n= 4. Ставится задача синтезировать дешифратор на основе двухвходовых коньюнкторов. Для этого функции выходов разбиваются следующим образом:

……………..

В начале, с помощью первой ступени, выполняются операции И над ременными x₃ и х₂.Полученные результаты используются во второй ступени для получения конъюнкций трех переменных – х_3, х₂ х₁. В третьей ступени учитывается переменная x₀. Таким образом, схема пирамидального дешифратора имеет вид, приведенный на рис. 2.22.

Главным достоинством такого дешифратора является возможность построения на ЛЭ с малым числом входов. Но он существенно проигрывает в количестве ЛЭ (N_лэ), следовательно, в потребляемой мощности. Так, при использовании двухвходовых N_лэ =2²+2³+... +2^л=2^л+1-4, т. е. при больших пчисло N_лэ почти в 2 раза больше, чем в линейных дешифраторах. Пирамидальные дешифраторы уступают линейным также по быстродействию. Поэтому широкого применения они не находят. При большой разрядности входного кода предпочтение отдается прямоугольным дешифраторам. Они, как правило, двухступенчатые. Поэтому для их синтеза переменные логических функций разбиваются на две, по возможности, одинаковые группы. Каждая группа обслуживается своим линейным (реже пирамидальным) дешифратором первой ступени, а затем выходные сигналы этих дешифраторов подвергаются взаимной попарной конъюнкции помощью так называемого матричного дешифратора второй ступени.

Пример прямоугольного дешифратора для четырехразрядного входного кода показан на рис. 2.23. Его укрупненная функциональная схема представлена на рис. 2.24.

Здесь первая ступень образована двумя линейными дешифраторами на два входа, а дешифратор второй ступени содержит набор (матрицу) 4x4 конъюнкторов.

Прямоугольные дешифраторы по структурной глубине, следовательно, и по быстродействию, занимают промежуточное положение между линейными и пирамидальными. По объему оборудования они самые
экономичные при n>8. Поэтому находят применение в БИС и СБИС, где требуется обеспечить обращение к большому числу (сотни и более) адресатов, например, к элементам памяти в запоминающих устройствах.

Находит применение и пирамидальный способ расширения разновидности входного кода (рис. 2.26). Здесь при нулевых значенияхстарших разрядов x₇… x₄работает дешифратор D2, при комбинации х₇., x₄=

0001 - D3, при х₇...х₄ = 0010 - D4 и т. д.

Еще одним широко распространенным функциональным устройством, выпускаемым в виде ИС, является дешифратор двоично-десятичного кода в так называемый семисегментный код. Такие шифраторы применяют для управления семисегментными индикаторами десятичных цифр на светодиодах, жидких кристаллах, электролюминесцентных или электровакуумных приборах. Их функционирование задается табл. 2.5

Предполагается, что аноды сегментов индикатора подключены к, источнику питания. Поэтому светятся те сегменты, катоды которых замыкаются на общую шину через соответствующие выходы дешифратора при появлении на них сигнала логического нуля