Проектирование приоритетного шифратора по структурной схеме

Введение
Основанием для разработки устройства «Приоритетный шифратор» является задание на курсовое проектирование и техническое задание.

1. Теоретическая часть
1.1. Шифратор

Шифратором или кодером (encoder) обычно называют устройство, преобразующее унарный позиционный код, получаемый от клавиатуры, в какую-либо разновидность двоичного кода. Классический шифратор имеет М входов и N выходов, и при подаче активного сигнала на один из входов (обязательно на один, и не более) на выходе появляется параллельный двоичный или, или иной параллельный код, указывающий на номер возбужденного входа.
Рисунок 1.1 – Общая схема шифратора
Если шифратор выполнен в виде отдельной микросхемы, то на схеме он обозначается следующим образом:

Рисунок 1.2 – Условное графическое обозначение микросхемы шифратора 8×3

1.2. Приоритетный шифратор
Приоритетные шифраторы выполняют более сложную операцию. При работе ЭВМ и в других устройствах часто решается задача определения приоритетного претендента на пользование каким-либо ресурсом. Несколько конкурентов выставляют свои запросы на обслуживание, которые не могут быть удовлетворены одновременно. Нужно выбрать того, кому предоставляется право первоочередного обслуживания. Простейший вариант решения указанной задачи — присвоение каждому источнику запросов фиксированно¬го приоритета. Например, группа из восьми запросов R7 – R0 (R от англ. request) формируется так, что высший приоритет имеет источник номер семь, а далее приоритет уменьшается от номера к номеру. Самый младший приоритет у нулевого источника — он будет обслуживаться только при от-сутствии всех других запросов. Если имеются одновременно несколько за-просов, обслуживается запрос с наибольшим номером.
Приоритетный шифратор вырабатывает на выходе двоичный номер старшего запроса.
Легко видеть, что при наличии всего одного возбужденного входа приоритет¬ный шифратор работает так же, как и двоичный. Поэтому в сериях элементов двоичный шифратор как самостоятельный элемент может отсутствовать. Ре¬жим его работы — частный случай работы приоритетного шифратора.
В промышленных сериях элементов имеются приоритетные шифраторы для восьмиразрядных и десятиразрядных слов. Функционирование их отображается в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Таблица истинности приоритетного шифратора
EI R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 а2 a1 a0 G E0
1 1 X X X X X X X 1 1 1 1 0
1 0 1 X X X X X X 1 1 0 1 0
1 0 0 1 X X X X X 1 0 1 1 0
1 0 0 0 1 X X X X 1 0 0 1 0
1 0 0 0 0 1 X X X 0 1 1 1 0
1 0 0 0 0 0 1 X X 0 1 0 1 0
1 0 0 0 0 0 0 1 X 0 0 1 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 X X X X X X X X 0 0 0 0 0
Таблица полностью характеризует работу приоритетного шифратора при всех возможных комбинациях сигналов: EI – сигнала разрешения работы данного шифратора; Е0 – сигнала, вырабатываемого на выходе данного шифратора при отсутствии запросов на его входах для разрешения работы следующего (младшего) шифратора при наращивании размерности шифра-торов; G – сигнала, отмечающего наличие запросов на входе данного шиф-ратора; R7 – R0 – запросов на входах шифратора; а2 – a0 – значений разря-дов выходного двоичного кода, формирующего номер старшего запроса. Все перечисленные сигналы формируются при условии EI = 1 (работа шифрато¬ра разрешена). При EI = 0 независимо от состояний входов запросов все выходные сигналы шифратора становятся нулевыми.


1.3. Наращивание размерности приоритетного шифратора
Условное обозначение шифратора приоритета показано на рис., на котором изображено наращивание числа входов запросов вдвое (от 8 до 16). При этом показаны шифраторы с инверсными входами и выходами, как это свойственно большинству серий элементов.
Шифратор 2 — старший по приоритету, его работа всегда разрешена подачей нуля на вход EI2. Если на входах R8...R15 есть хотя бы один запрос, то раз¬решения на работу младшего шифратора 1 нет (Е02 = 1). Выходы шифратора 1 пассивны, т. е. имеют единичные значения. При этом элементы И-НЕ с номе¬рами 1, 2, 3 играют роль инверторов для сигналов аi2 (i = 0, 1, 2). Поэтому на выходах a0, а1, а2 схемы в целом формируются сигналы от нуля до семи в за¬висимости от номера старшего запроса в шифраторе 2, что вместе с единицей на выходе Е02 дает номера от 8 до 15.

Рисунок 1.3 – Схема наращивания размерности приоритетного шифратора
Если на входах шифратора 2 запросов нет, он разрешает работу младшего, вырабатывая сигнал Е02 = 0, и приводит свои выходы a0,