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.