11. Мікросхеми цифрової обробки сигналів
11.1 Основні блоки цифрової обробки сигналів
11.1.1 Двійкові суматори
Побудова двійкових суматорів зазвичай починається із суматора за модулем 2. На малюнку 11.1.1 наведено таблицю істинності цього суматора. Її можна отримати виходячи з правил підсумовування у двійковій арифметиці. Передбачається, що читач знайомий із основами двійкової арифметики. Докладніше операції над двійковими числами будуть розглянуті пізніше.
Малюнок 11.1.1Таблиця істинності суматора за модулем 2
Відповідно до принципівпобудови довільної таблиці істинності, розглянутих у попередньому розділі, отримаємо схему суматора за модулем 2. Ця схема наведена на малюнку 11.1.2
Суматор по модулю 2 (для двійкової арифметики його схема збігається зі схемою виключає "АБО") зображується на схемах як показано на малюнку 11.1.3
Малюнок 11.1.3Умовно-графічне зображення схеми виключає "АБО"
Суматор модуля 2 виконує підсумовування без урахування перенесення. У повному двійковому суматорі потрібно враховувати перенесення, тому потрібні схеми, що дозволяють формувати перенесення до наступного двійкового розряду. Таблиця істинності такої схеми, яка називається напівсуматором, наведена на малюнку 11.1.4
Малюнок 11.1.4Таблиця істинності напівсуматора
Відповідно до принципів побудови довільної таблиці істинності отримаємо схему напівсуматора. Ця схема наведена малюнку 11.1.5.
Малюнок 11.1.5.Принципова схема, що реалізує таблицю істинності напівсуматора.
Напівсуматор зображується на схемах, як показано на малюнку 11.1.6.
Малюнок 11.1.6Зображення напівсуматора на схемах.
Схема напівсуматора формує перенесення до наступного розряду, але не може враховувати перенесення з попереднього розряду, тому вона і називається напівсуматором. Таблицю істинності повного одноразрядного двійкового суматора можна отримати з правил підсумовування двійкових чисел. Вона наведена малюнку 11.1.7. У позначенні входів використано таке правило: як входи використані однорозрядні числа A і B; перенесення позначено буквою P; для позначення входу перенесення використовується буква I (скорочення від англійського слова input – вхід); для позначення виходу переносу використовується буква O (скорочення англійського слова output – вихід).
Малюнок 11.1.7Таблиця істинності повного двійкового однорозрядного суматора.
Відповідно допринципів побудови принципової схеми за довільною таблицею істинностіотримаємо схему повного двійкового однорозрядного суматора. Ця схема наведена малюнку 11.1.8 Її можна мінімізувати, але це дещо ускладнює принципи побудови суматорів, тому питання мінімізації не розглядатимуться.
Малюнок 11.1.8Принципова схема, що реалізує таблицю істинності повного двійкового однорозрядного суматора.
Повний двійковий однорозрядний суматор зображується на схемах, як показано на малюнку 11.1.9.
Малюнок 11.1.9Умовно-графічне зображення повного двійкового однорозрядного суматора
Щоб отримати багаторозрядний суматор, достатньо з'єднати входи і виходи переносів відповідних двійкових розрядів. Схему з'єднання однорозрядних суматорів для реалізації чотирирозрядного суматора наведено на малюнку 11.1.10
Однорозряднісуматори практично ніколи не використовувалися, тому що майже відразу були випущені мікросхеми багаторозрядних суматорів. Повний двійковий чотирирозрядний суматор зображується на схемах, як показано на малюнку 11.1.11.
Малюнок 11.1.11Умовно-графічне зображення повного двійкового багаторозрядного суматора
Природно, у наведеній малюнку 11.1.10 схемою розглядаються лише принципи роботи двійкових суматорів. У реальних схемах ніколи не допускають послідовного поширення перенесення через усі розряди багаторозрядного суматора. Для збільшення швидкості роботи бінарного суматора застосовується окрема схема формування переносів для кожного бінарного розряду. Таблицю істинності для такої схеми легко отримати з алгоритму підсумовування двійкових чисел, а потім застосувати добре відомі принципи побудови цифрової схеми за довільною таблицею істинності.
На цьому поки закінчимо розгляд принципів роботи суматора, складніші операції будуть розглянуті пізніше, а поки для подальшого розуміння роботи операційного блоку процесора необхідно навчитися перемикати двійкові числа на входах та виході суматора. Це дозволяють зробитимультиплексоритадемультиплексори, основною частиною яких єдешифратор, тому наступним пристроєм, який ми розглянемо, буде декодер. Дешифратор є окремим випадком декодер