Układy cyfrowe

1. Układy cyfrowe

2. Spis treści Wiadomości wstępne Systemy dwójkowe Reguła algebry Boole’a Operacje logiczne Układy logiczne Bloki funkcjonalne Przerzutniki Rejestry Liczniki Układy komutacyjne Multipleksery Demultipleksery Dekoder Koder Pamięci Przetworniki CA Przetworniki AC Procesory Układy TTL Układy MOS, CMOS Bibliografia • slajdy 3-4 • -slajdy 5-10 • -slajdy 11-12 • -slajd 13 • -slajdy 14-22 • -slajd 23 • -slajdy 23-27 • -slajdy 28-31 • -slajdy 32-36 • -slajd 37 • -slajdy 37-39 • -slajdy 40-41 • -slajdy 42-45 • -slajd 46 • -slajdy 47-48 • -slajd 49 • -slajdy 50-51 • -slajdy 52-54 • -slajdy 55-57 • -slajdy 58-60 • -slajd 61

3. Układem cyfrowym jest nazywany układ elektroniczny służący do przetwarzania informacji cyfrowej, tzn. takiej, w której informacja jest przenoszona przez sposób następowania (sekwencję) standardowych impulsów. Właściwość ta odróżnia sygnał cyfrowy (rys. b) od sygnału analogowego (rys. a), tzn. takiego, w którym informacja jest przenoszona przez płynnie zmieniającą się w czasie wartość sygnału. W przypadku wyróżnienia w układzie cyfrowym dwu poziomów napięć sygnału cyfrowego, poziom o niższym potencjale jest nazywany poziomem zera logicznego (stan ,,0", stan niski, ang. Low Level), natomiast poziom o wyższym potencjale — poziomem jedynki logicznej (stan ,,1", stan wysoki, ang. High Level). Sygnał cyfrowy Sygnał analogowy Spis treści

4. Przyporządkowanie wartości logicznych poziomom napięcia Poziom napięcia Niski L Wysoki H Logika 0 1 Dodatnia 0 1 Ujemna Spis treści

5. Systemy dwójkowe zapisu liczb Liczby zapisuje się za pomocą cyfr i znaków pomocniczych. Powszechnie jest używanysystem dziesiętny zapisu liczb. Używa się w nim dziesięciu cyfr:0,1,2,...,9; zapisy liczb interpretuje się zgodnie z podanymi przykładowo zależnościami (27)10 =2*10 + 7*1 (325)10 = 3*100 + 5*1 (3,7)10 = 3*1 + 7*0,1 Spis treści

6. System dziesiętny jest używany na całym świecie do obliczeń; na nim też opiera się konstrukcjaniektórych urządzeń liczących ,przede wszystkim mechanicznych (elektromechanicznych),np. liczników (energii elektrycznej ,przebytej drogi),arytmometrów i rejestratorów kasowych.Znany jest również rzymski system zapisu liczb; nie stosuje się go do obliczeń i nie wykorzystuje przy konstruowaniu urządzeń liczących. W systemie dziesiętnym zależność między zapisem liczby całkowitej nieujemnej(C k C k-1...C1C0)10gdzie Ci, i = 0,1,...k są cyframi (0,1,...9) a jej rozwinięciem dziesiętnym ma postać Spis treści

7. Otóż analogiczny wzór obowiązuje przy dowolnej podstawie g numeracji,niekoniecznie równej 10. gdzie C i są cyframi danego systemu (O, l, ...). W systemie o podstawie g używa się g cyfr: jeżeli g jest mniejsze bądź równe 10, to stosuje się g kolejnych cyfr systemu dziesiętnego (np. w systemie piątkowym — cyfr O, l, 2, 3 i 4); jeżeli g > 10, to należy użyć dodatkowych symboli Spis treści

8. Dwie cyfry O oraz l umożliwiają utworzenie systemu dwójkowego (binarnego). Cyfry dwójkowe nazywa się bitami (ang. binary digit}. W systemiedwójkowym zapis liczby interpretuje się zgodnie ze wzorem Przykładowo : (1)2 = 1 * 20 = 1* 1 = (1)10 (10)2 = 1 * 21 + 0 * 20 = 2 + 0 (2)10 Spis treści

9. (101)2 = 1 * 22 + 0 * 21 = 1 * 20 = 4 + 0 + 1 = (5)10 (1001)2 = 1* 23 + 0 * 22 + 0 * 21 + 1 * 20 = 8 + 0 + 0 + 1 = (9)10 Pewne znaczenie mają także inne systemy.Należy do nich tzw.dwójkowy kod Graya,w którym zapisy dwóch kolejnych liczb różnią się tylko na jednej pozycji (tab.8.5).KodGraya wykorzystuje się przy konstruowaniu tarcz kodowych i liniałów kodowych służącychdo cyfrowego pomiaru kąta obrotu i przesunięcia. System dwójkowy ma podstawowe znaczenie przy konstruowaniu elektronicznych układów cyfrowych. Spis treści

10. Liczba dziesiętna Kod dwójkowy Kod BCD Kod Graya Dla 16 znaków Kod Graya +3 dla 10 znaków 8 4 2 1 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 3 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 4 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 5 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 6 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 7 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 8 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 9 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 10 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 12 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 13 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 14 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 15 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 Spis treści

11. Reguła algebry Boole`a Wartości logiczne złożonych zdań logicznych mogą być badane przy pomocy rachunku zwanego algebrą Boole`a, która początkowo została stworzona do celówdefiniowania i analizy procesów myślowych. Później stała się ona podstawą analizy i projektowania binarnych układów cyfrowych. George Boole odkrył, że struktura funkcji logicznej może być wyrażona w postaci algebraicznej, w której konjunkcja jest bardzo podobna do zwykłego mnożenia zmiennych, dysjunkcja zaś odpowiada dodawaniu, z tym , że reguła 1+1=2 w zwykłej algebrze musi być zastąpiona regułą 1 v 1=1. Negację wprowadza się jako oddzielną operację. Algebra jest systemem matematycznym, który nie zależy od rodzajów zmiennych; dlatego też nie należy mieszać rachunku zdań z algebrą Boole`a , w której w istocie mamy do czynienia z liczbami. Jednakże takie terminy jak „wartość logiczna’’, ,,prawda’’(=1) ,,fałsz”(=0), ,,funkcja logiczna” „nie” „i”, „lub” itd. są ogólnie przyjęte w technice cyfrowej i mogą być także sporadycznie używane w algebrze Boole`a, jeśli tylko nie prowadzi to do nieporozumień. Zmienna boolowska może przyjmować tylko dwie wartości 0 i 1. Funkcje boolowskiesą funkcjami, w których argumenty i same funkcje są zmiennymi boolowskimi. W bardziej ograniczonym sensie algebra Bool`a lub algebra funkcji przełączających operuje zmiennymi i funkcjami boolowskimi rozpatrywanymi łącznie ze zdefiniowanymi na nich operacjami negacji, koniunkcji i dysjunkcji. Oto przykład bardziej szczegółowej algebry(funkcji przełączających) Boole`a. Spis treści

12. Spis treści

13. Operacje logiczne Operacjami logicznymi posługujemy się w języku potocznym do wyrażania złożonych warunków. Do wyrażania złożonych warunków, oprócz spójników „i” oraz „lub” stosujemy także zaprzeczenie „nie” oraz inne słowa i wyrażenia (np. albo, albo; ani, ani). Operacje logiczne stosuje się nie tylko w układach logicznych, lecz także w programach komputerowych. Kiedy na sygnały patrzy się jako na zmienne logiczne, to działanie układów cyfrowych można przedstawiać jako wykonywanie operacji logicznych na tych zmiennych. Sygnałom wejściowym odpowiadają zmienne będące argumentami tych operacji, zaś wyjściowym-zmienne będące wynikami. Z tego względu układy cyfrowe nazywa się także układami logicznymi. Spis treści

14. Układ logicznyjest to elementarny blok mający jedno lub więcej wejść i jedno lub więcej wyjść. Jest on zwykle projektowany jako standardowa jednostka funkcjonalna. Zadaniem układu logicznego jest przyjmowanie standardowych sygnałów logicznych na swoich wejściach i produkowanie na wyjściach innych, również standardowych sygnałów logicznych A X B Y Ogólne oznaczenie układu logicznego C Z Struktura wewnętrzna układu logicznego może zawierać różne rodzaje układów przełączających i sygnały wewnętrzne nie muszą być standaryzowane..Zmienne logiczne(mające wartości 0 lub 1) są oznaczone przez A, B, C..., X, Y, Z. Spis treści

15. Istnieją dwa rodzaje układów logicznych: kombinacyjne i sekwencyjne. Układy kombinacyjnerealizują funkcje logiczne; wartość zmiennej wyjściowej zależy w nich wyłącznie od aktualnej kombinacji zmiennych wejściowych. Funktory (bramki) logiczne są układami kombinacyjnymi. Ogólna postać układu kombinacyjnego X1 Y1 = f1 (X1,X2,...,Xn ) X2 Y2 = f2 (X1,X2,...,Xn ) Xn Ym = fm (X1,X2,...,Xn ) Ogólny układ kombinacyjny jest blokiem z n niezależnymi wejściami sygnałów logicznych oznaczonych przez X1 , X 2, ..., X n i m sygnałami wyjściowymi Y1, Y 2,..., Y m Spis treści

16. Układy logiczne realizujące funkcje logiczne nazywa się funktorami logicznymi, a potocznie także bramkami logicznymi. Rozróżnia się następujące bramki: Bramka LUB - określenie sumy x v y OR Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną 1 wtedy i tylko wtedy, gdy co najmniej jeden sygnał wejściowy ma wartość odpowiadającą jedynce logicznej. 1 Układ scalony serii SN7432 bramek LUB Spis treści

17. ^ Bramka I –określenie iloczynu x y AND Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną l wtedy i tylko wtedy, gdy wszystkie sygnały wejściowe mają wartości odpowiadające jedynce logicznej. & Układ scalony serii SN7408 bramek I Spis treści

18. Bramka NIE-określenie negacji x Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną A jeśli sygnał wejściowy ma wartość logiczną A 1 Układ scalony serii SN7405 bramek NIE Spis treści

19. Układ scalony serii SN7402 bramek NIE Bramka NIE-LUB określenie negacji sumy x y x v y NOR x y ^ Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną O wtedy i tylko wtedy, gdy co najmniej l z sygnałów wejściowych ma wartość logiczną l. 1 Spis treści

20. ^ Bramka NIE-I określenie negacji iloczynu x y x y NAND x y ^ Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną O wtedy i tylko wtedy, gdy wszystkie sygnały wejściowe mają wartość logiczną l. & Układ scalony serii SN7401 bramek NIE-I Spis treści

21. ^ Bramka ALBO określenie różnicy symetrycznej x y ( x y ) ( x v y ) 1 Napięciowy sygnał wyjściowy tego układu przyjmuje wartość logiczną l wtedy i tylko wtedy, gdy jeden sygnał wejściowy ma wartość logiczną l. Układ scalony serii SN7486 bramek ALBO Spis treści

22. W układach sekwencyjnychwartość zmiennej wyjściowej zależy nie tylko od aktualnej wartości zmiennych wejściowych, ale i od dotychczasowego ich przebiegu, np.. od tego, jak dawno zmienna wejściowa zmieniała się z 0 na 1 lub od tego, czy dane zmienne wejściowe zmieniły wartość 00 na 11 zgodnie z sekwencją 00 10 11. Ogólny schemat blokowy asynchronicznego układu sekwencyjnego Z1 A1 A1 Z2 A2 A2 Z p Układ kombinacyjny Am Układ kombinacyjny Am X 1 X 2 X n Spis treści

23. Bloki funkcjonalne Przerzutniki Wyjścia Q i Q przerzutnika są względem siebie zanegowane: Q może przyjmować jedną z dwu wartości O lub l, przy czym stan wyjść nie ulega zmianie dopóty, dopóki obydwa wejścia mają wartość 0.Jeśli S = l, to Q przyjmuje wartość l i zachowuje ją także wówczas, gdy S powraca do stanu 0. Jeśli R = l, to Q przyjmuje wartość O i podtrzymuje ją także wówczas, gdy R powraca do stanu 0. Jeśli obydwa wejścia mają wartość l, to działanie przerzutnika jest nieokreślone; sytuacji takiej należy unikać. Przerzutnik statyczny RS Wyjście Wejście Zapalające S Q Q Gaszące R Q Q Symbol Tablica przejść Spis treści

24. Przerzutniki Przerzutnik synchroniczny typu D Wyjścia Q i Q przerzutników są względem siebie zanegowane. Q może przyjmować jedną z dwu wartości O lub l, przy czym stan wyjść nie ulega zmianie dopóty, dopóki nie występują zmiany sygnałów taktujących. Wejścia sterujące D, S, R, J, K, zwane wejściami przygotowującymi, nie są w stanie zmienić stanu przerzutników przy nieobecności sygnału taktującego. Po pojawieniu się sygnału taktującego następuje przełączenie sygnału wyjściowego z wartości Q ndo wartości Q n+1. Symbol D Q Q Sygnał taktujący C Q Q Tablica przejść Spis treści

25. Przerzutniki Przerzutnik synchroniczny typu RS W przerzutniku RS poprzednia wartość Q jestpodtrzymywana, jeśli S i R mają wartość 0. Trzeba unikać niezdefiniowanego działania przerzutnika dla jednoczesnej wartości l na wejściach R i S w chwili taktowania. Nie jest jednak zabronione, aby między kolejnymi sygnałami taktującymi obydwa wejścia statyczne miały wartość l. Jeśli S i R są wzajemnie zanegowane, to w chwili taktowania wyjście Q zostanie ustawione wg wartości S. Tablica przejść Sn Rn Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 S S Q Q 1 1 stan nieokreślony C R R Q Q Q Symbol Sygnał taktujący Spis treści

26. Przerzutniki Tablica przejść Przerzutnik synchroniczny JK Kn Qn+1 Jn J J Q Q 0 0 Qn C 0 1 0 K K Q Q 1 0 1 1 1 Sygnał taktujący Qn Symbol W przerzutniku, JK, najbardziej uniwersalnym ze wszystkich nie ma zakazanych kombinacji sygnałów sterujących. Jeśli J i K są wzajemnymi negacjami, to w chwili taktowania wyjście zostanie ustawione zgodnie z J, niezależnie od poprzedniej wartości Q. Poprzednia wartość Q jest podtrzymywana jeśli J = Q = 0; jeśli J = K = l, to poprzednia wartość Q zostaje zanegowana (działanie zliczające). Spis treści

27. Przerzutniki Przerzutnik synchroniczny typu T Symbol T T Q Q Qn+1 T Qn C 0 0 0 Q Q 0 1 1 Sygnał taktujący 1 0 1 1 1 0 Przerzutnik T zmienia swój stan na przeciwny za każdym razem, gdy w okresie poprzedzającym synchronizację na wejściu przygotowującym T jest odpowiedni sygnał. Tablica przejść Spis treści

28. Rejestry W rejestrze równoległym zarówno wprowadzanie, jak i wyprowadzanie informacji odbywa się równolegle. Rejestr równoległy można przedstawić jako zestaw przerzutników typu D których ani wejścia informacyjne D, ani wyjścia nie są ze sobą połączone. Połączone są jedynie wejścia synchronizujące i ewentualnie asynchroniczne wejścia zerujące (rys. a). Rejestr taki (rys. b) realizuje dwie mikrooperacje: wpisania x do rejestru informacji wejściowej (R: = x) izerowanie zawartości rejestru (R: = 0). Symbol Rejestr równoległy Schemat Spis treści

29. Rejestry W rejestrach szeregowych wejścia i wyjścia informacyjne kolejnych przerzutników wchodzących w skład rejestru są połączone ze sobą tak, że możliwe jest „przepisywanie" zapamiętanych wartości logicznych do sąsiednich przerzutników (mikrooperacja) i w rezultacie „przesuwanie" zapamiętywanego słowa w kolejnych taktach sygnału zegarowego. Rejestr szeregowy Spis treści

30. Rejestry Konstruowane są rejestry, w których możliwe jest przesuwanie zapamiętanej informacji w obie strony, w lewo i w prawo. Działanie takie można interpretować odpowiednio jako mnożenie lub dzielenie przez dwa (mikrooperacje). W przypadku liczb całkowitych dodatnich zapisanych w systemie dwójkowym możliwość takiej interpretacji jest oczywista. Wagi Słowo zapamiętane Słowo przesunięte w lewo Słowo przesunięte w prawo Spis treści

31. Rejestry Zapis dziesiętny 22 44 11 11 6 zamiast 22 5 zamiast 5,5 Należy tylko liczyć się z możliwością błędów, jeżeli rejestr jest za krótki oraz z błędami zaokrągleń . W przypadku liczb zapisanych w innych systemach, np. uzupełnienia do dwóch, zachowanie możliwości takiej interpretacji wymaga zazwyczaj dodatkowych zabiegów. Spis treści

32. Licznikiem nazywany jest sekwencyjny układ cyfrowy służący do zliczania i pamiętania liczby impulsów podawanych w określonym przedziale czasu na jego wejście zliczające. Liczniki Schemat blokowy licznika Oprócz wejścia dla impulsów zliczanych, licznik ma zazwyczaj wejście ustawiające jego stan początkowy asynchronicznie względem impulsów zliczanychlubsynchronicznie z nimi. Ustawienie wszystkich przerzutników, wchodzących w skład licznika, w stan O nazywa się zerowaniem. Spis treści

33. Liczniki ze względu na długość cyklu można podzielić na: - liczniki o stałej długości cyklu - liczniki o nastawianej długości cyklu Jeśli liczby reprezentujące zawartość informacyjną licznika wzrastają w trakcie liczenia kolejnych impulsów, to liczniki takie nazywane są licznikami zliczającymi w przód, natomiast jeśli malejąto licznikami zliczającymi wstecz. Liczniki zliczające impulsy zarówno w przód, jak i wstecz określa się jako liczniki dwukierunkowe lub rewersyjne. Schemat logiczny licznika asynchronicznego Jeśli jako kryterium podziału liczników przyjąć sposób oddziaływania impulsów zliczanych na przerzutniki licznika, to można je sklasyfikować na: -liczniki asynchroniczne -liczniki synchroniczne -liczniki asynchroniczno-synchroniczne W liczniku synchronicznym impulsy zliczane są podawane na wejścia zegarowe wszystkich przerzutników licznika, natomiast w liczniku asynchronicznym oraz asynchroniczno-synchronicznym na jedno lub tylko na niektóre z wejść zegarowych przerzutników, z których zbudowany jest licznik. Podstawowymi parametrami liczników są: — szybkość działania, — czas ustalania ich zawartości. Spis treści

34. Układ kombinacyjny, generujący odpowiednie przeniesienia dla wejść informacyjnych przerzutników, wchodzącychw skład licznika synchronicznego, może być zrealizowany w dwojaki sposób, a mianowicie jako układ równoległy lub jako układ szeregowy. Stąd wynika podział liczników synchronicznych na: -liczniki synchroniczne z przeniesieniami równoległymi Spis treści

35. -liczniki synchroniczne z przeniesieniami szeregowymi(ang. Serial Curry lub Ripple Carry). Najprostszym układem asynchronicznego licznika dwójkowego jest układ szeregowy, tj. szeregowe połączenie dwójek liczących.. Na poniższym rysunku przedstawiony jest schemat logiczny prostego asynchronicznego licznika zbudowanego z trzech dwójek liczących A, B i C, zliczającego w przód w naturalnym kodzie dwójkowym. Wejście liczące każdej dwójki, oprócz pierwszej, jest połączone z wyjściem pozycyjnym Q dwójki poprzedzającej. Spis treści

36. Dwójkowy licznik asynchroniczny zliczający w przód Przebiegi czasowe Tablica stanów Schemat logiczny Pod wpływem trzeciego impulsu przerzutnik A zmieni stan z O na l. Ta zmiana stanu nie powoduje zmiany stanu przerzutnika B: Czwarty impuls zmieni stan przerzutnika A z l na 0. Zmiana ta powoduje zmianę stanu z l na O przerzutnika B, a ta z kolei zmianę stanu z Ona l przerzutnika C. Przed pojawieniem się ósmego impulsu wszystkie przerzutniki licznika są w stanie l. Po ósmym impulsie przerzutnik A zmieni stan z l na 0. Ta zmiana powoduje zmianę stanu z l na O przerzutnika B, a. ta z kolei zmianę stanu z l na O przerzutnika C. W chwili początkowej wszystkie przerzutniki są w stanie O (A == B = C = 0). Jeśli na wejście licznika, oznaczone na schemacie przez We, zostanie podany impuls, to powoduje on zmianę stanu jego wyjścia A z O na l. Stan przerzutnika B nie ulegnie zmianie, ponieważ na wejściu zegarowym przerzutnika B nie wystąpiła zmiana sygnału z l na 0. Pod wpływem drugiego impulsu przerzutnik A zmieni stan z l na 0. Ta zmiana stanu powoduje zmianę stanu przerzutnika B z O na l. Spis treści

37. Układy komutacyjne Multipleksery -multipleksery -demultipleksery -dekodery -kodery Układy komutacyjne służą do łączenia ze sobą bloków funkcjonalnych i przełączania sygnałów cyfrowych. Są one układami kombinacyjnymi.Do tych układów zalicza się: Multiplekser 1-bitowy Symbol Multiplekser l-bitowy: a)schemat uproszczony — zasada budowy; b)symbol Spis treści

38. Multipleksery Z multiplekserów l-bitowych można utworzyć multipleksery n-bitowe, łącząc je w sposób jak pokazano na rysunku. Multipleksery 1-bitowe przełączają tu poszczególne bity słowa n-bitowego; przełączanie wszystkich bitów następuje jednocześnie w taki sam sposób, ponieważ na wejścia adresowe wszystkich multiplekserów l-bitowych jest podany ten sam sygnał (adres). Multiplekser n-bitowy Spis treści

39. Zwiększenie liczby słów komutowanych można osiągnąć przez połączenie multiplekserów w sposób hierarchiczny, zilustrowany na rys. Liczba pięter tej struktury i zarazem długość słowa adresowego zależy od liczby słów komutowanych. Przy użyciu multiplekserów służących do wybierania jednego z czterech słów, takich jak na rys. b, dwa piętra pozwalają dokonywać wyboru spośród szesnastu słów komutowanych; całkowity adres składa sięz czterech bitów. Przy trzech piętrach można już dokonywać wyboru spośród sześćdziesięciu czterech słów komutowanych (górne piętro składałoby się z szesnastu multiplekserów, środkowe z czterech i dolne z jednego); adres miałby sześć bitów (po dwa na piętro). Multipleksery Multiplekser o dużej liczbie słów komutowanych Spis treści

40. Demultiplekser Demuliplekserypełnią rolę odwrotną do multiplekserów, a zatem w zależności od podanego adresu kierują podane słowo danych na jedno z M wyjść danych. Symbol demultipleksera X A M-1 0 1 Y0 Y1 YM-1 Spis treści

41. Demultiplekser 154 W technice TTL są produkowane demultipleksery o 16 oraz o 4 wyjściach informacyjnych i odpowiednio o 4 i 2 wejściach adresowych. Typowym reprezentantem demultiplekserów scalonych jest układ 154 . Układ ten spełnia funkcję dekodera naturalnego 4-bitowego kodu dwójkowego na kod l z 16 i jest wyposażony w wejścia strobujące G1, i G2 z których jedno może służyć jako wejście informacyjne, a drugie jako wejście strobujące. Słowo adresowe (dekodowane) jest podawane na wejścia A, B, C i D powodując, że jedno z wyjść znajdzie się w stanie niskim, jeśli na obydwu wejściach strobujących jest poziom niski. Schemat blokowy Spis treści

42. Dekoder Symbol dekodera A M-1 0 1 y Dekoderem nazywany jest układ kombinacyjny n/m (liczba wejść/liczba wyjść) służący do konwersji kodu innego niż kod pierścieniowy na kod pierścieniowy. Dekoder zmienia liczbę wejściową m-bitową na słowo w kodzie 1 z M. Rolę dekodera może pełnić demultiplekser, na wejście którego podano sygnał 1. W układzie takim jest dekodowany m-bitowy adres. W zależności od adresu na jednym z M wyjść pojawia się jedynka. Spis treści

43. Dekodery jednopoziomowe. Obecność dowolnego słowa na równoległych liniach sygnałowych lub w rejestrze może być wykrywana przez układ kombinacyjny zwany dekoderem. Dla prostoty możemy przyjąć, że dostępne są sygnały reprezentujące zmienne pierwotne oraz ich negacje. Dla m zmiennych binarnych istnieje 2m różnych możliwych kombinacji ich wartości, którym są przyporządkowane odpowiednie iloczyny normalne. Łącznie tworzą one sieć kombinacyjną z 2m wyjściami, z których każde daje jako odpowiedź jedynkę logiczną dla szczególnej kombinacji wartości zmiennych wejściowych. Oczywiście, można wykorzystywać tylko część wszystkich możliwych dekoderów. Dekoder jednopoziomowy Dekoder jednopoziomowy stosowany jest w systemach cyfrowych. Spis treści

44. Dekoder piramidalny Dekodery piramidalne. Alternatywnym rozwiązaniem w stosunku do najprostszego dekodera jednopoziomowego jest dekoder piramidalny, zwany także drzewem dekodującym, który jest wielopoziomowym układem kombinacyjnym. Dla n zmiennych pierwotnych wszystkie iloczyny normalne (n— l) zmiennych są łączone zn-tą zmienną na ostatnim poziomie. Na przedostatnim poziomie wszystkie iloczyny normalne (n—2) zmiennych są łączone z (n-l) zmienną itd. Dekoder piramidalny zawiera więcej bramek, lecz mniejszą całkowitą liczbę wejść w stosunku do dekodera jednopoziomowego. Dla małych układów dekoder jednopoziomowy jest prostszy. Dekoder piramidalny Spis treści

45. Dekoder matrycowy Dekoder matrycowy. Ze wzrostem liczby zmiennych pierwotnych dekoder jednopoziomowy staje się, ze względu na liczbę wejść bramek, niepraktycznie wielki. Często stosowanym układem dekodującym jest wówczas matryca, w której wszystkie bramki wyjściowe mają tylko 2 wejścia. W każdym punkcie przecięcia poziomych i pionowych przewodów matrycy jest włączona jedna bramka. Za pomocą mniejszych dekoderów jest wybierana jedna linia poziomowa i jedna pionowa. Jakkolwiek liczba bramek ciągle jest większa niż w dekoderze jednopoziomowym, to w dużych matrycach całkowita liczba wejść jest znacznie zmniejszona, co umożliwia zredukowanie także liczby użytych elementów. Układ taki nosi nazwę dekodera matrycowego. Spis treści

46. Tablica zależności dekodera 7447 sterującego wskaźnikiem 7-segmentowym Koder zamienia słowo w kodzie l z M na słowo w innym kodzie. Układy zamieniające słowo w jednym kodzie na słowo w innym kodzie są nazywane konwerterami kodu. Przykładem konwertera kodu jest układ 7447, służący do sterowania 7-segmentowego wyświetlacza, takiego jak stosowane w kalkulatorach. Koder ten na podstawie czterobitowego słowa wejściowego przedstawiającego liczby 0:9 generuje siedmiobitowe słowo wyjściowe, którego każdy bit steruje jednym segmentem (kreseczką) wskaźnika cyfrowego. Tablicę zależności przedstawiono na rys. ; poszczególne segmenty oznaczono literami a:g. W systemie TTL są produkowane rozmaite multipleksery, kodery i konwertery kodów. Koder Spis treści

47. Pamięci Pamięć ROM Pamięci dzieli się na: -pamięci zapisywalne (pamięci typu zapis-odczyt), których zapisywanie jest równie łatwe jak odczytywanie, -pamięci stałe (ROM — ang. Read Oniy Memory — pamięć wyłącznie odczytywalna), których zapisywanie jest znacznie trudniejsze niż odczytywanie. Pamięci ROM w układach cyfrowych służą wyłącznie do przechowywania zapisanej wcześniej informacji. Symbol pamięci ROM Symbole pamięci Y — słowo odczytywane, A — adres, Q(A) — zawartość komórki pamięci o adresie A Spis treści

48. Pamięć Pamięć RAM Rozróżnia się również : pamięci o dostępie swobodnym (RAM — ang. Pandom Access Memory), które zapewniają jednakowo szybki dostęp do każdej komórki pamięci, oraz pamięci o dostępie sekwencyjnym (szeregowe), z których informacje są wyprowadzane (i doprowadzane) w określonej kolejności, w związku z czym dostęp do konkretnej informacji zależy od miejsca jej umieszczenia oraz od chwili rozpoczęcia operacji odczytu (od oczekiwania na odczyt). Symbol pamięci RAM Symbole pamięci X — słowo zapisywane, Y — słowo odczytywane, A — adres, Q(A) — zawartość komórki pamięci o adresie A W zasadzie nazwa RAM obejmuje pamięci ROM, ale przyjęło się odnosić nazwę RAM wyłącznie do pamięci zapisywalnych. Spis treści

49. Przy współpracy urządzeń cyfrowych i analogowych zachodzi konieczność przetwarzania sygnałów cyfrowych na analogowe i analogowych na cyfrowe. Jako najprostszy przetwornik cyfrowo-analogowy (C/A) można traktować przekaźnik sterowany sygnałem cyfrowym. Przetworniki CA Przetwornik cyfrowo-analogowy zasada działania Poszczególnym bitom liczby zapisanej w rejestrze są przyporządkowane prądy na wejściu wzmacniacza proporcjonalne do wagi bitu, Napięcia wyjściowe odpowiadające poszczególnym bitom są również proporcjonalne do wagi bitu itd. Napięcie wynikowe odpowiadające kombinacji bitów uzyskuje się w układzie sumatora analogowego; jest ono sumą napięć odpowiadających poszczególnym bitom. Spis treści

50. Przetworniki AC Schemat funkcjonalny woltomierza cyfrowego napięć stałych W każdym woltomierzu cyfrowym napięcia stałego można wyróżnić następujące zespoły: układ wejściowy (odpowiedzialny za wybór zakresu i adaptację przetwornika do rodzaju biegunowości mierzonego napięcia U x— operacje te są wykonywane ręcznie lub automatycznie), przetwornik A/C, dekoder (przetwarzający kod licznika na napięcia potrzebne do wysterowania wskaźnika cyfrowego), wskaźnik oraz układ sterujący (kontrolujący i wymuszający poszczególne stany pracy woltomierza).. Układ sterujący zeruje przed rozpoczęciem pomiaru licznik w przetworniku A/C, a po zakończeniu cyklu przetwarzania daje sygnał przepisania zawartości licznika do dekodera. Spis treści