Podstawowe cyfrowe układy kombinacyjne
Transkrypt
Podstawowe cyfrowe układy kombinacyjne
Układ kombinacyjny jest jednym z rodzajów układów cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść zależy wyłącznie od stanu wejść; stan wyjść opisują funkcje boolowskie - w przeciwieństwie do układów sekwencyjnych, których stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzedniego stanu wyjść. W układach kombinacyjnych nie występuje sprzężenie zwrotne. Funkcjonalne bloki kombinacyjne: • • • Komutatory - multiplekser, demultiplekser Konwertery kodów - koder, dekoder, transkoder Bloki artymetyczne - sumator, komparator, ALU Multiplekser (w skrócie MUX) - układ kombinacyjny, najczęściej cyfrowy. Multiplekser jest układem komutacyjnym (przełączającym), posiadającym k wejść informacyjnych (zwanych też wejściami danych), n wejść adresowych (sterujących) (zazwyczaj k=2n) i jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące działaniem układu oznaczane S (wejście strobujące, ang. strobe) lub e (ang. enable). Jego działanie polega na przekazaniu wartości jednego z wejść xi na wyjście y. Numer i wejścia jest podawany na linie adresowe a0... an-1. Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S podane zostanie logiczne zero, to wyjście y przyjmuje określony stan logiczny (zazwyczaj zero), niezależny od stanu wejść X i A. Multiplekser można zbudować z dekodera o takiej liczbie wejść, ile wejść adresowych posiada dany multiplekser oraz bramek AND. Do jednego wejścia każdej bramki AND należy podłączyć odpowiednie wyjście dekodera, do drugiego odpowiednia linię wejściową. Wyjścia wszystkich bramek AND należy podłączyć do wejść bramki OR. Demultiplekser należy do klasy układów kombinacyjnych. Demultiplekser jest układem posiadającym jedno wejście x, n wejść adresowych oraz k wyjść (zazwyczaj k=2n). Jego działanie polega na połączeniu wejścia x do jednego z wyjść yi. Numer wyjścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe a0... an-1. Na pozostałych wyjściach panuje stan zera logicznego. W praktyce spotykane są jedynie demultipleksery w wyjściach zanegowanych, czyli na wybranym wyjściu jest stan \neg x a na wszystkich pozostałych 1 logiczna. Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjścia yi przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny ani od stanu wejścia x, ani wejść adresowych. Koder należy do klasy układów kombinacyjnych. Jest to układ posiadający k wejść oraz n wyjść (k=2n). Jego działanie polega na zamianie kodu "1 z k" na naturalny kod binarny o długości n. Służy do przedstawiania informacji tylko jednego aktywnego wejścia na postać binarną, ponieważ istnieje fizyczna możliwość aktywacji więcej niż jednego wejścia; musi istnieć możliwość uznania tylko jednego. Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjścia yi przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny od stanu wejść x. Stosuje się do tego specjalne algorytmy, które przekształcają dane z zapisu np. analogowego na cyfrowy. Dekoder należy do klasy układów kombinacyjnych. Jest to układ posiadający n wejść oraz k wyjść (k=2n). Jego działanie polega na zamianie naturalnego kodu binarnego (o długości n), lub każdego innego kodu, na kod "1 z k" (o długości k). Działa odwrotnie do kodera, tzn. zamienia kod binarny na jego reprezentację w postaci tylko jednego wybranego wyjścia. W zależności od ilości wyjść nazywa się go dekoderem 1zN. Niektóre źródła podają, że dekoderem jest także układ, który zamienia dowolny kod cyfrowy na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego (poprawnie taki układ powinien być nazwany transkoderem). Transkoder to układ cyfrowy o n wejściach oraz k wyjściach. Jego działanie polega na zamianie dowolnego kodu cyfrowego (poza kodem 1 z N) na inny, dowolny kod cyfrowy (również z wyjątkiem kodu 1 z N). Typowym przykładem takiego układu jest układ zamieniający naturalny kod binarny na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego (czasami mylnie nazywanym 'dekoderem'). Sumator – cyfrowy układ kombinacyjny, który wykonuje operacje dodawania dwóch (lub więcej) liczb dwójkowych. Tabela prawdy dla sumatora 1-bitowego: ai bi ci-1 si ci 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 gdzie: • ai – pierwszy składnik sumy • bi – drugi składnik sumy • ci-1 – przeniesienie z poprzedniej pozycji • si – suma • ci – przeniesienie Komparator jest układem kombinacyjnym służącym do porównywania dwóch liczb dwójkowych (kod binarny)(wykonanie cyfrowe) albo dwóch napięć (wykonanie analogowe). Komparator cyfrowy Jedynka na jednym z trzech wyjść komparatora informuje, w jakiej relacji względem siebie (mniejsze, równe, większe) są liczby podawane na jego wejścia. Komparatory można łączyć kaskadowo, co umożliwia porównywanie liczb (w naturalnym kodzie dwójkowym lub w kodzie BCD) o dowolnej długości.