3.2.1 Проектування дешифраторів і шифраторів
Розділ: Цифрова схемотехника
Теоретичні відомості:
Дешифратори й шифратори по суті належать до числа перетворювачів кодів. Із прийняттям шифрации пов'язане поняття про стиск даних, з поняттям дешифрації-зворотнє перетворення.
Комбінаційна схема, що перетворить поступаючий на вхід код у сигнал тільки на одному з її виходів, називається дешифратором.
В умовних позначках дешифраторів і шифраторів використаються букви DC і CD (від слів decoder і coder відповідно).
Якщо кількість двійкових розрядів дешифрованого коду позначити через n то число виходів дешифратора повинне бути 2^n. Тому що за допомогою n-розрядного двійкового коду можна відобразити 2^n кодових комбінацій, число виходів повного дешифратора дорівнює 2^n. Таким чином, дешифратор містить число виходів, рівне числу комбінацій вхідних змінних, наприклад, число входів дорівнює 3, то число виходів дорівнює 23=8.
Якщо частина вхідних наборів не використається, то дешифратор називають неповним і в нього Nвих<2^n. В ЕОМ за допомогою дешифраторів здійснюється вибірка необхідних осередків запам'ятовувальних пристроїв, розшифровка кодів операцій з видачею відповідних керуючих сигналів і т.д.
Якщо вхідні змінні представити як двійкову систему чисел, то логічна одиниця формується на тому виході, номер якого відповідає десятковому запису того ж числа. Наприклад, A = 1, B = 0, C = 0, D = 1, число 1001 у двійковому коді. У десятковому коді це число відповідає 9, тобто при даній комбінації вхідних змінних F9 = 1. Дешифратори широко використаються як перетворювачі двійкового коду в десятковий, а також у багатьох інших пристроях.
Функціонування дешифратора описується системою логічних рівнянь складених на основі таблиці істинності.
Одноступінчастий дешифратор(лінійний) - найбільш швидкодіючий, але його реалізація при значній розрядності вхідного слова утруднена, оскільки вимагає застосування логічних елементів з більшим числом входів (рівним n+1 для варіантів зі стробуванням по виходу) і супроводжується великим навантаженням на джерела вхідних сигналів. Звичайно одноступінчастими виконуються дешифратори на невелике число входів, обумовлене можливостями елементів застосовуваної серії мікросхем (див. малюнок 3.2.1.1).
Малюнок 3.2.1.1 - Схема дешифратора на 3 входи й 8 виходів
У наведеному прикладі на малюнку 3.2.1.1 дешифратор має 3 входи, отже максимальна кількість виходів буде дорівнює 2^3=8.
Побудова дешифратора на основі простих елементів, за допомогою таблиці істинності (див. таблицю 3.2.1.1) і складених відповідно логічних рівнянь.
A
B
C
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8

1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0

2
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0

3
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0

4
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0

5
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0

6
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0

7
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0

8
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1

Таблиця 3.2.1.1 - Таблиця істиності
Рівняння для побудови:
1. Y1=A^ B^ C^;
2. Y5=A B^ C^;
3. Y2=A^ B^ C ;
4. Y6=A B^ C;
5. Y3=A^ B C^;
6. Y7=A B C^;
7. Y4=A^ B C;
8. Y8=A B C ;
На малюнку 3.2.1.1 наведена тимчасова діаграма роботи дешифратора.

Малюнок 3.2.1.2 - Діаграма роботи дешифратора на 3 входи й 8 виходів
Поява малорозрядних дешифраторів (пірамідальний і матричний) у вигляді СИС порушило питання про застосування їх як засобів побудови дешифраторів більшої розрядності, що дає істотну економію апаратурних витрат.
Будь-який потрібний дешифратор може бути побудований за пірамідальною структурою. При вхідне слово ділиться на поля, розрядність яких відповідає числу входів наявних СИС дешифраторів, а потім із СИС будується пірамідальна структура, що становить сукупність лінійних дешифраторів.
Матричні дешифратори формуються на основі простих лінійних дешифраторів меншої розмірності, тобто будуються у вигляді матриці.
Шифратори. Двійкові шифратори перетворять код "1з N" у двійковий код, тобто виконують мікрооперацію, зворотну мікрооперації дешифраторів. При порушенні однієї із вхідних ланцюгів шифратора на його виходах формується слово, що відображає номер збудженого ланцюга.
Повний двійковий шифратор має 2^n входів і n виходів. Одне з основних застосувань шифратора - уведення даних із клавіатури, при якому натискання клавіші з десятковою цифрою повинне приводити до передачі в пристрій двійкового коду даної цифри. Приклад побудови шифратора показаний на малюнку 3.2.1.3, а на малюнку 3.2.1.4 наведена тимчасова діаграма роботи шифратора.

Малюнок 3.2.1.3 - Схема шифратора

Малюнок 3.2.1.4 - Діаграма роботи шифратора
Завдання:
1. Використовуючи пакет Electronіcs Workbench спроектувати схеми на основі найпростіших елементів, використовуючи для складання схеми таблицю істинності й проаналізувати роботи:
- Дешифратора;
- Шифратора;

2. Скласти звіт про виконання лабораторної роботи в MS Word
У звіт включити:
- Схеми дешифратора й шифратора;
- Тимчасові діаграми роботи дешифратора й шифратора;
Завдання виконуються відповідно по варіантах:
1. Спроектувати лінійний дешифратор на 4 входи й шифратор;
2. Спроектувати пірамідальний дешифратор на 4 входи й шифратор;
3. Спроектувати матричний дешифратор на 4 входи й шифратор.