Преобразователи кодов

Преобразователем кодов (ПК) называют КЦУ, которое преобразует n-разрядные двоичные входные слова в m-разрядные двоичные выходные слова. Иногда ПК называют n, m-преобразователями. Рассмотренные ранее дешифраторы и шифраторы являются ПК некоторых частных видов, например, их можно использовать для преобразования чисел из одной позиционной системы счисления в другую.

Построение схемы ПК рассмотрим на конкретном примере. Пусть требуется построить преобразователь четырехразрядных двоично-десятичных цифр из кода 8421 в код 2421. УГО такого ПК представлено на рисунке 10.

Рисунок 10 – Условное графическое обозначение преобразователя кода 8421 в код 2421

Соотношение входных и выходных слов задано таблицей истинности (таблица 3).

Таблица 3 – Таблица истинности преобразователя кода 8421 в код 2421

Логические аргументы	Промежуточная переменная	Логические функции
x4	x3	x2	x1	zi	y4	y3	y2	y1
				z0
				z1
				z2
				z3
				z4
				z5
				z6
				z7
				z8
				z9

Имея таблицу истинности, можно использовать три подхода к синтезу ПК:

– преобразователь синтезируется как однокомпонентная минимизированная комбинационная схема с нерегулярной структурой (по общим правилам синтеза КЦУ);

– преобразователь синтезируется как слабо минимизированная комбинационная схема с частично регулярной структурой (на основе шифратора и дешифратора);

– преобразователь синтезируется как неминимизированная комбинационная схема с регулярной структурой (на основе постоянного запоминающего устройства).

Рассмотрим первый традиционный подход. По данным таблицы 3 заполним карты Карно (рисунок 11).

Рисунок 11 – Карты Карно для преобразователя кода 8421 в код 2421

Выполним соответствующие объединения заполненных клеток на рисунке 11 с учетом неопределенностей и запишем результаты минимизации в МДНФ:

(8)

Далее по функциям системы (8) методом прямого замещения построим логическую схему ПК (рисунок 12).

На рисунке 12 проведена проверка правильности функционирования схемы для входного слова 0011. Так как на выходах схемы установилось выходное слово 0011, то ПК функционирует в соответствии с таблицей 3.

К достоинству первого подхода относится экономичность синтезируемой схемы по аппаратурным затратам, исчисляемым в условных транзисторах. Это означает, что схема будет занимать небольшую часть площади кристалла. Оценка схемы на рисунке 12 дает величину Е_{ПК (1)} = 23 условных транзистора.

К недостатку этого подхода можно отнести то, что схема получилась нерегулярной (с неравным числом конъюнкторов в цепи каждого выхода, с перекрещивающимися связями), что делает ее нетехнологичной при изготовлении, неудобной для тестовых проверок.

Второй подход позволяет повысить регулярность структур ПК за счет некоторого увеличения аппаратурных затрат. Исходная информация для синтеза в том случае также содержится в таблице 3, в которой имеется столбец с промежуточной переменной z_i (при первом подходе этот столбец не учитывался).

Левая и центральная части таблицы 3 представляют собой описание дешифратора, а правая и центральная части представляют собой таблицу кодирования некоторого шифратора. Таким образом, схема ПК в данном случае приобретает двухкомпонентную структуру вида «десятичный дешифратор-шифратор» (рисунок 13). Она несколько сложнее схемы на рисунке 12 (Е_ПК(2)=77 условных транзисторов), но значительно проще для обозрения.

К недостатку полученной схемы следует отнести ее специализированность, что снижает массовость выпуска подобных схем и приводит к относительно высокой цене изделия.

Рисунок 12 – Логическая схема ПК 8421 в код 2421 в основном базисе

Рисунок 13 – Преобразователь кода с частично регулярной структурой

Третий подход позволяет значительно повысить регулярность структуры ПК и одновременно существенно расширить его функциональные возможности. В этом случае запрещается использовать специализированные компоненты. Таким образом, ПК должен содержать полный двоичный n-входной дешифратор и 2ⁿ-входной шифратор. В результате получается постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Следовательно, ПЗУ – это n, m-преобразователь с двухкомпонентной регулярной структурой, на выходе которого включен шифратор, формирующий m-разрядные слова.

Входное слово ПК в этом случае является адресом ячейки ПЗУ, в которой хранится соответствующее выходное слово. УГО ПК на ПЗУ представлено на рисунке 14. Оно представляет собой прямоугольник с n-входами и m-выходами, во внутреннем поле которого записана аббревиатура ROM (от англ. Read Only Memory).

Рисунок 14 – Преобразователь кода на основе ПЗУ

ПЗУ имеет целый ряд недостатков (невозможность обновления записанной информации, аппаратурная избыточность при реализации тех или иных ПК и др.), однако в цифровой схемотехнике они очень широкого применяются благодаря широким функциональным возможностям (хранение констант, микропрограмм, программ начальной загрузки, кодопреобразование, выполнение арифметических и логических операций), регулярности структуры, а следовательно, высокой технологичности их изготовления.

Дата добавления: 2014-01-04