Ing. Jozef Klus KOMBINAČNÉ LOGICKÉ OBVODY

Ing. Jozef Klus KOMBINAČNÉ LOGICKÉ OBVODY

ÚVOD U týchto obvodov je výstup určený len kombináciou vstupných veličín. Hodnoty výstupných veličín nezávisia na predchádzajúcom stave logického obvodu kombinačný logický obvod (KLO) neobsahuje pamäťové prvky.

ZÁKLADNÉ KOMBINAČNÉ OBVODY XOR alebo Exkluziv OR. Sčítačka. Generátor parity. Kodéry a dekodéry. Multiplexory a demultiplexory. Binárny komparátor.

XOR ALEBO EXKLUZIV OR

XOR ALEBO EXKLUZIV OR patrí medzi najpoužívanejšie kombinačné logické obvody patrí medzi základné logické obvody (t.j. AND, NAND, OR, NOR, NOT a XOR) nazýva sa aj Exkluziv OR, EX-OR, XOR, nerovnosť, nonekvivalencia, sčítačka, modulo 2,... budeme používať najjednoduchší názov XOR exkluzívny logický súčet

XOR ALEBO EXKLUZIV OR značka výstup má log. 1 vtedy a len vtedy, ak sa logické hodnoty jeho vstupov líšia

XOR ALEBO EXKLUZIV OR Vytvoríme obvod tak, aby splňoval pravidlá sčítania v dvojkovej sústave: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0 (prenos 1 do vyššieho rádu) základný súčtový tvar funkcie

XOR ALEBO EXKLUZIV OR Realizácia funkcie XOR základnými log. funkciami

XOR ALEBO EXKLUZIV OR XOR so štyrmi obvodmi NAND

XOR ALEBO EXKLUZIV OR Výstup obvodu XOR presne odpovedá sčítaniu v dvojkovej sústave používa sa v binárnych matematických operáciách XOR je základom pre polovičnú a úplnú sčítačku

BINÁRNA SČÍTAČKA

BINÁRNA SČÍTAČKA - POLOVIČNÁ SČÍTAČKA XOR dokáže sčítať dva vstupy (vstupné bity) v prípade, že oba vstupy sú 1 (štvrtý riadok pravdivostnej tabuľky), dokáže vypočítať súčet (ten je 1+1=0), ale nedokáže vygenerovať tzv. prenos P do vyššieho rádu tejto funkcie docielime pridaním člena AND na vstup obvodu XOR dostaneme tak zapojenie, ktoré sa nazýva polovičná sčítačka

BINÁRNA SČÍTAČKA - POLOVIČNÁ SČÍTAČKA hodnoty A a B sú sčítance, S je súčet a P je prenos do vyššieho rádu napr. pre vstupy A = 1 a B = 1 je S = 0 a P = 1

BINÁRNA SČÍTAČKA - POLOVIČNÁ SČÍTAČKA Polovičná sčítačka umožňuje sčíta dva vstupy (dva vstupné bity) a preniesť zo sčítania prípadný bit do vyššieho rádu (= prenos). Nedokáže ale prijať bit (prenos) z nižšieho rádu. môže byť len na začiatku, t.j. u súčtu najnižšieho rádu. pre prijatie prenosu z nižšieho rádu budú potrebné dve polovičné sčítačky.

ÚPLNÁ SČÍTAČKA Spojením 2 polovičných sčítačiek získame tzv. úplnú sčítačku. Úplná sčítačka musí vedieť: sčítať dva vstupné bity, pričítať k tomuto súčtu binárny bit prenosu z nižšieho rádu, zistiť ďalší bit prenosu do vyššieho rádu a poslať ho ďalej.

ÚPLNÁ SČÍTAČKA Systém pričítania prenosu do vyššieho rádu je rovnaký ako u desiatkovej sústavy.

ÚPLNÁ SČÍTAČKA

ÚPLNÁ SČÍTAČKA Úplnú sčítačku môžeme zaradiť do ľubovoľného rádu n-bitového súčtu. U prvého (nultého) rádu možno použiť len polovičnú sčítačku.

GENERÁTOR PARITY

GENERÁTOR PARITY Generátor parity je KLO, ktorý identifikuje vznik chyby v binárnom slove. prehliadne binárne slovo a generuje jednoduchý výstup, tzv. paritný bit (PB), ktorý je prenášaný alebo uchovaný a použije sa na kontrolu preneseného (uchovaného) slova.

GENERÁTOR PARITY Činnosť generátora parity ak je v binárnom slove párny počet logických hodnôt 1, bude PB = 0, Ak je v binárnom slove nepárny počet logických hodnôt 1, bude PB = 1

GENERÁTOR PARITY Jedná sa o párnu paritu, ak však použijeme ďalší invertor, hovoríme o nepárnej parite. Paritný bit PB1 je prenášaný spoločne so vstupným slovom. Ak je binárne slovo čítané z pamäti alebo získané na vzdialenom mieste, je znovu vyskúšané na generátore parity a nový paritný bit PB2 je porovnaný s PB1 v obvode XOR. Oba paritné bity musia byť rovnaké, pretože PB1 = PB2.

GENERÁTOR PARITY V prípade rozdielnosti oboch bitov vznikla niekde chyba v jednom bite a výstup bude CH = 1 (CH = chyba). Metóda predpokladá, že chyba sa objaví len v jednej a to ľubovoľnej, pozícii slova. Pokiaľ by vznikli súčasne dve chyby naraz, boli by oba paritné bity rovnaké a chyba by sa neobjavila.

KODÉRY

KODÉRY Kodéry sú prevodníky, ktoré slúžia na prevod čísel v nejakom kóde do iného kódu. Kodéry sú KLO, ktoré prevádzajú desiatkové číslo z jedného alebo viacerých vstupov odpovedajúcich desiatkovej sústave do dvojkovej sústavy.

KODÉRY Zapojenie kodéra zostrojíme pomocou kódovacej tabuľky. Na to použijeme členy NAND, kde vieme, že privedením logickej nuly najmenej na jeden vstup (čo realizujeme uzemnením tohto vstupu) dostaneme na jeho výstupe logickú 1.

KODÉRY Spínače na vstupe dekodéra 1, 2, a 3 predstavujú desiatkovú sústavu a výstupy A a B z oboch členov NAND dvojkovú sústavu.

KODÉRY Kodér čísel 0 až 9 na BCD kód

KODÉRY Činnosť kodéru ak nie je desiatkové číslo, predstavujúce príslušný spínač, spojené so zemou, je na vstupe príslušného člena NAND logická 1 a na jeho výstupe 0, ak je číslo uzemnené spínačom, vznikne na vstupe príslušného člena NAND logická 0 a teda na jeho výstupe vznikne logická 1.

KODÉRY Blokové značky kodérov a) dvojbitový kodér b) štvorbitový kodér

DEKODÉRY

DEKODÉRY Dekodéry sú KLO, ktoré zaisťujú buď prítomnosť určitého binárneho čísla, alebo zisťujú stav binárneho čísla. Obvody majú opačnú funkciu ako kodéry. Príkladom dekodéru je prevodník binárneho čísla na desiatkové.

DEKODÉRY Zistenie prítomnosti daného čísla dekodér musí previesť každú číslicu daného binárneho čísla na logickú 1, aby bola identifikovaná prítomnosť čísla túto požiadavku možno zaistiť použitím invertora a logického člena AND.

DEKODÉRY Dekodér čísla 01 Dekodér čísla 0110

DEKODÉRY Dekodér dvojbitového čísla na desiatkové jeden zo štyroch dvojbitové číslo má 2 2 = 4 kombinácií - čísla 0 až 3 desiatkovej sústavy, preto sa dekodér nazýva jeden zo štyroch.

DEKODÉRY Použijeme prevodovú tabuľku medzi desiatkovou a dvojkovou sústavou. Pre každý riadok tabuľky napíšeme funkciu. Funkcie pre každý riadok zapojíme pomocou členu AND. Podmienkou pre výstup logickej 1 z príslušného člena AND je stav logickej 1 na všetkých jeho vstupoch.

DEKODÉRY Bloková značka dekodéra jeden zo štyroch Bloková značka dekodéra 1 z 10

DEKODÉRY Dekodér štvorbitového čísla na desiatkové jeden z desiatich

DEKODÉRY Ďalšie dekodéry osmičkový dekodér - prijíma 3 bitové slovo (CBA) a dekóduje všetkých 8 vstupných stavov šestnástkový dekodér - rozozná všetkých 16 stavov znázornených štvorbitovým slovom dekodér BCD na kód 7 segmentových jednotiek - prevádza binárne číslo na stav potrebný pre aktiváciu príslušného čísla v sedemsegmentovej displejovej jednotke

MULTIPLEXORY

MULTIPLEXORY Multiplexory sú prepínacie obvody, ktoré prepínajú z niekoľkých vstupných premenných na jeden výstup, podľa hodnôt riadiacich signálov. Riadiacim signálom môže byť napríklad výstup z dekodéra. Použitie multiplexorov prepínanie signálov, prevod paralelných dát na sériové, generátor sériového binárneho slova,

MULTIPLEXORY Multiplexor s dekodérom 1 zo 4

DEMULTIPLEXORY

DEMULTIPLEXORY Demultiplexor je prepínací obvod, ktorý jeden vstup prepína na niekoľko výstupov podľa riadiaceho signálu (z dekodéru). Je to v zásade obrátený multiplexor. Môžeme ich považovať za určitý druh dekodéra s jedným vstupom a niekoľkými výstupmi. Najčastejšie použitie demultiplexorov je prevodník sériových čísel na paralelné.

DEMULTIPLEXORY Demultiplexor s dekodérom 1 zo 4

BINÁRNY KOMPARÁTOR

BINÁRNY KOMPARÁTOR Binárny komparátor je KLO, ktorý porovnáva dva paralelné binárne slová a generuje hodnotu 1, ak sú oba slová rovné. Ak je prvé binárne slovo A 3 A 2 A 1 A 0 a druhé binárne slovo B 3 B 2 B 1 B 0, musí platiť pre ich rovnosť (A 3 A 2 A 1 A 0 = B 3 B 2 B 1 B 0 ) zhodnosť čísel príslušných rádov t.j. A 0 = B 0, A 1 = B 1, A 2 = B 2 a A 3 = B3. Komparátor využíva vlastnosti členov XOR, ktorý generuje nulu pri zhodnosti svojich vstupov.

BINÁRNY KOMPARÁTOR Komparátor dvoch štvorbitových čísel

KONTROLNÉ OTÁZKY

KONTROLNÉ OTÁZKY 1. Vyjadrite slovné vlastnosti obvodu XOR! 2. Napíšte matematickú funkciu logického obvodu XOR! 3. Z akých členov sa skladá polovičná sčítačka? 4. Čo dokáže polovičná sčítačka? 5. Čo nedokáže polovičná sčítačka? 6. Z akých základných členov sa skladá úplná sčítačka? 7. V akom člene sčítačky môže vzniknú bit prenosu do vyššieho rádu? 8. Vysvetlite činnosť generátora parity! 9. Na čo sa používa generátor parity? 10. Čo sú to kodéry?

KONTROLNÉ OTÁZKY 11. Čo vykonáva kodér čísel 0 až 3? 12. Aký je princíp činnosti obvodu kodéra? 13. Na čo slúži kodér 0 až 9 do kódu BCD? 14. Uveďte dve možné činnosti dekodéra! 15. Na čo slúži dekodér jeden z desiatich? 16. Ako pracuje miltiplexor? 17. Ako pracuje demultiplexor? 18. Ktorým obvodom sú riadené multiplexory a demultiplexory? 19. Na čo slúži binárny komparátor? 20. Aký logický obvod tvorí základ komparátora?