Схема сравнения


Схема сравнения или цифровой (кодовый) компаратор – это схема, производящая сравнение двух двоичных кодов. В простейшем случае схема определяет факт равенства двух кодов. Пример такой схемы для 4-разрядных кодов А и В показан на рис. 27.
Из схемы видно, что только при равенстве всех соответствующих разрядов чисел А и В Y = 1, т. к. на всех выходах ЛЭ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ будут логические нули.
Задание. Запишите выражение для функции Y для схемы на рис. 27. Постройте компаратор для двух 8-разрядных чисел, используя минимальное число ИМС. Рис. 27
Cуществует несколько 6- и 8-разрядных компараторов, выпускаемых в виде ИМС. В качестве примера на рис. 28 изображена ИМС 559СК1. При равенстве входных 8-разрядных чисел выход F равен «1». Наличие выхода с ОК позволяет легко увеличивать разрядность, объединяя выходы нескольких микросхем.
Более универсальной является схема, определяющая не только факт равенства двоичных чисел, но и то, какое из них больше (меньше). Примером такой ИМС является 555СП1 (в сериях КМОП – 561ИП2). Условное изображение ее и таблица истинности приведены на рис. 29.

Рис. 28

Входы
Выходы
Состояние вх. А< A= A> A< A= A>
А<B X X X 1 0 0
A>B X X X 0 0 1
A=B X 1 X 0 1 0
A=B 1 0 0 1 0 0
A=B 0 0 1 0 0 1
A=B 1 0 0 1 0 0
A=B 0 0 1 0 0 1
Рис. 29
Наиболее распространенным является включение, при котором на вход «А=» подается «1». При этом, в зависимости от входных кодов, на одном из выходов появляется «1». Другие варианты включения (4 нижние строки в таблице истинности) позволяют реализовать функции А?В, А?В.
При необходимости сравнения кодов с большим числом разрядов, используют несколько микросхем. Пример схемы для сравнения 8-разряд-ных чисел показан на рис. 30.
Аналогичная микросхема КМОП 561ИП2 имеет несколько отличающуюся таблицу истинности и схемы каскадирования [1], [3].
Рис. 30
Задания.
Используя ЛЭ, построить схему, определяющую равенство и неравенство двух 8-разрядных чисел. Использовать минимальное число корпусов реальных ИМС.
Используя ЛЭ, построить схему, реализующую функции А<B, A=B, A>B сначала для двух 1-разрядных чисел, а затем для двух 2-разрядных чисел, что является существенно более сложной задачей. Видоизменить схему на рис. 30 для получения выходной функции F = 1 при: А=В, А?В, А>B, A?B, A<B, A?B.
Глава 4. Дешифратор.

Дешифратор или декодер (далее — DC от англ. decoder) – это цифровой узел, преобразующий двоичный код на входе в унитарный код на выходе. Активный уровень имеется только на том выходе, номер которого соответствует входному коду (адресу). Полный дешифратор имеет n входов и 2n выходов и называется n ? 2n . Каждый выход реализует один минтерм.
Входы Выходы
А1 А0 3 2 1 0
0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 1 0
1 0 0 1 0 0
1 1 1 0 0 0
Рис. 31
На рис. 31 показаны условное обозначение дешифратора «2 х 4» (читается «два в четыре») и его таблица истинности. Очевидно, что выход 0 реализует минтерм , выход 2 – и т. д. Исходя из этого легко построить схему такого дешифратора из ЛЭ (рис. 32).
Дешифраторы очень распространены в цифровой технике и часто используются для обращения к одному из нескольких устройств, адрес которого задается двоичным кодом.
Обычно DC имеют также вход разрешения Е (от англ. enable – разрешение), часто называемом также «строб». При отсутствии разрешения все выходы неактивны.
Рис. 32
Практически все DC на ИМС имеют инверсные выходы и один или несколько входов разрешения. Микросхемы обозначаются буквами ИД.
Дешифратор с инверсными выходами и входом Е легко можно построить, модифицировав схему на рис. 32. Необходимо просто вместо ЛЭ «2И» использовать ЛЭ «3И-НЕ». На все третьи входы элементов И необходимо подать сигнал Е (если необходимо – с инверсией).
В виде ИМС выпускаются DC «2 х 4», «3 х 8» и «4 х 16».

Рис. 33 Рис. 34 Рис. 35
На рис. 33 показана ИМС 555ИД4 – два дешифратора «2 х 4» с общими адресными входами и раздельными входами управления. 555ИД5 отличается от нее тем, что имеет выходы с ОК. На рис. 34 изображена ИМС 555ИД7 – дешифратор «3 х 8», на рис. 35 – 1533ИД3 – дешифратор «4 х 16». Аналогичная ИМС 555ИД19 имеет выходы с ОК.
Входы разрешения объединены по схеме И. Легко понять, что для разрешения на 555ИД7 необходимо подать комбинацию 001 и т. д. При любых других комбинациях на всех выходах будут единицы.
Существуют также ИМС дешифраторов, имеющих выходы с тремя состояниями.
Задание.
Построить все возможные варианты дешифраторов «1 х 2» и «2 х 4» на ЛЭ: а) с прямыми или инверсными выходами, б) с прямым или инверсным входом разрешения. Нарисовать таблицы истинности для всех вариантов, а также для ИМС на рисунках 33…35.
Увеличение разрядности дешифраторов

При необходимости иметь DC с большим числом разрядов, используют каскадное соединение (каскадирование) нескольких стробируемых дешифраторов. На рис. 36 показан пример построения дешифратора «4 х 16» из дешифраторов «2 х 4». На этом примере легко понять идею построения таких схем. Младшие разряды адреса подаются на адресные входы всех DC входного каскада, а старшие – на DC, выходы которого стробируют выходные DC, открывая только один из них в соответствии со старшей частью адреса.
При необходимости дальнейшего увеличения разрядности подключают аналогично 2-й, 3-й каскады и т. д.

Задания.
Построить DC «3 в 8», используя ИМС 555ИД4.
Сколько корпусов 555ИД4 необходимо для построения DC «5 в 32»?
Построить различные варианты DC «6 в 64».

Неполный дешифратор

Неполным дешифратором называется дешифратор, имеющий n входов и меньше, чем 2n выходов, т. е. реализующий не все минтермы.
Наибольшее распространение имеют двоично-десятичные дешифраторы «4 х 10», выпускаемые в виде ИМС.
На рис. 37 изображена ИМС 555ИД6 ( КМОП-аналог – 561ИД1). Аналогичная ИМС 555ИД10 имеет выходы с ОК. Среди зарубежных ИМС встречаются дешифраторы с тремя со
Рис. 37. стояниями выходов. Существуют также специальные дешифрато-
ры для управления светодиодными индикаторами. Эти ИМС бу-
дут рассмотрены в следующих разделах.
Демультиплексор

Демультиплексор (DMX – demultiplexer) – это цифровой узел, обеспечивающий передачу входного сигнала на один из 2n выходов, номер которого определяется входным n-разрядным кодом (адресом).
В качестве демультиплексора используется DC. При этом сигнал подается на вход разрешения Е. Стробируемые дешифраторы часто и называют демультиплексорами и обозначаются не DC, а DMX. Демультиплексоры называются: «1 в 4», «1 в 8» и т. д.