為什么使能信號(hào)可以控制芯片的“啟用”和“停用”

去年底，西南地區(qū)電子線路研究會(huì)的幾位“老”教授們邀請(qǐng)我去為即將參加全國(guó)電子技術(shù)、電子線路講課比賽的老師們輔導(dǎo)一下。我當(dāng)時(shí)聽(tīng)到這個(gè)邀請(qǐng)心理是懵逼的……我這30出頭（劃掉，30好幾）的人，那也就是個(gè)年輕老師啊。參賽的那些老師們比我年齡大的多得很，講課10多年、20年教齡的也有。我去能輔導(dǎo)個(gè)啥？我常年“評(píng)教成績(jī)”還經(jīng)常在后50%徘徊呢（主要也怪我這嘴，總習(xí)慣于上課傷人啊，有些被懟的受不了的小朋友們就喜歡給我打低分）。不過(guò)“老”教授們說(shuō)你還是來(lái)吧，從你的角度上提點(diǎn)意見(jiàn)也是好的啊。我想想也是，抱著交流學(xué)習(xí)的態(tài)度過(guò)去聽(tīng)聽(tīng)這些在比賽中脫穎而出的老師們講課。

這一去啊還真有不少收獲和心得體會(huì)。也為現(xiàn)在很多大學(xué)電路類基礎(chǔ)課程的教學(xué)現(xiàn)狀感到擔(dān)憂。按照某位“老”教授的說(shuō)法，課程講解分為三個(gè)層次。第一個(gè)層次是What，要講清楚基本概念，讓學(xué)生理解到這個(gè)技術(shù)叫什么/是什么。第二個(gè)層次是How，就是要講清楚這些技術(shù)應(yīng)該怎么去用。第三層次是Why，要講清楚這些技術(shù)背后產(chǎn)生的原因，技術(shù)的來(lái)源和產(chǎn)生的歷史條件。只有講到第三個(gè)層次，才能脫離具體的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)入到“啟發(fā)思考”的階段。但從實(shí)際的表現(xiàn)來(lái)看，大部分的老師停留在第一個(gè)層次。勉強(qiáng)進(jìn)入第二個(gè)層次呢，大部分是教如何去做題而不是教如何解決實(shí)際問(wèn)題的。第三個(gè)層次基本上無(wú)人講到，所謂的“舉一反三”也基本上停留在如何舉一反三的做題（當(dāng)然，能做到這點(diǎn)也算不錯(cuò)了）。在這里順便多說(shuō)一句。其實(shí)基于卷面的考試形式主要是考What，能部分的考到How，而幾乎無(wú)法有效的考察Why。所以有些考試成績(jī)還不錯(cuò)的遇到實(shí)際問(wèn)題就懵逼，就是這個(gè)原因。

雖然說(shuō)What，How和Why是依次提升的，但How和Why往往不能分開(kāi)。簡(jiǎn)單的講How就會(huì)變成“講套路”，包括做題的套路和做事的套路。昨天聽(tīng)到一位老師講使能信號(hào)和芯片擴(kuò)展，覺(jué)得就沒(méi)有講的很好。想到這應(yīng)該是一個(gè)普遍性的問(wèn)題，那就從我認(rèn)為應(yīng)該比較合理的方法來(lái)講講使能信號(hào)。

1.什么是使能信號(hào)。

所謂使能信號(hào)，英文叫Enable。翻譯成中文還有“啟用”等意思。其實(shí)我覺(jué)得更符合大家的理解習(xí)慣的可以叫“啟用信號(hào)”。簡(jiǎn)單的說(shuō)，通過(guò)這個(gè)信號(hào)可以控制某顆芯片/某個(gè)電路有沒(méi)有被“啟用”。

我們以數(shù)字電路里面經(jīng)常被講到的一個(gè)非?；A(chǔ)的芯片74XX138為例來(lái)看。首先看74XX138的功能表：

如圖所示，當(dāng)G1為低電平的時(shí)候，不管其它輸入是什么。輸出全為高電平。而當(dāng)G2為高電平時(shí)（G2等于G2A與上G2B），不管其它輸入是什么，輸出也都一律為高電平。因此僅從功能上來(lái)判斷，G1和G2就可以控制這顆芯片是不是被“啟用”了?？梢钥闯霎?dāng)G1為低或G2位高時(shí)，整個(gè)芯片的其它輸入無(wú)論如何變化都不影響輸出。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是整個(gè)芯片實(shí)際上沒(méi)用發(fā)揮作用，功能沒(méi)有“啟用”。

2.為什么使能信號(hào)可以控制芯片的“啟用”和“停用”

繼續(xù)以74XX138為例。

如果把74XX138內(nèi)部電路打開(kāi)，我們可以看到這樣一個(gè)電路圖：

我們需要仔細(xì)觀察一下，使能信號(hào)的那幾個(gè)G1， G2A，G2B

從邏輯上我們可知，如果要這個(gè)與門的出為1，必須要滿足G1為高電平，G2A和G2B都為低電平。

而我們?cè)谧屑?xì)的觀察一下這個(gè)與門的輸出都連到了哪里：

全部都連到了最后一級(jí)的所有與非門上。我們知道一個(gè)與非門，如果有1個(gè)輸入為0，那么這個(gè)與非門的輸出就會(huì)是1。因此，如果不滿足G1為高電平，G2A和G2B都為低電平這個(gè)條件，就會(huì)讓所有輸出全為1。而這時(shí)無(wú)論別的輸入是什么，都不會(huì)讓輸出有任何改變。從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，要啟用這顆芯片的功能就必須滿足G1為高電平，G2A和G2B都為低電平這個(gè)條件。否則，其它輸入影響不了輸出，芯片“譯碼”的功能就沒(méi)有被“啟用”。

3.為什么需要使能信號(hào)？

需要使能信號(hào)的主要原因是一個(gè)大型的數(shù)字系統(tǒng)中，通常都需要使用多個(gè)芯片/電路單元來(lái)配合完成一個(gè)功能。而這些芯片并不是每時(shí)每刻都在工作的。因此需要用使能信號(hào)來(lái)控制應(yīng)該“啟動(dòng)”哪個(gè)芯片來(lái)工作。

繼續(xù)以74XX138為例。74XX138是一個(gè)3-8譯碼器，就是把3位的二進(jìn)制碼翻譯為8位的“獨(dú)熱碼”。而如果我們此時(shí)需要將4位的二進(jìn)制碼翻譯成16位的“獨(dú)熱碼”怎么辦呢？我們可以使用2顆74XX138來(lái)實(shí)現(xiàn)。

具體的電路連接如下：

假設(shè)4bit的二進(jìn)制編碼從高到低依次是A3A2A1A0

將A2A1A0分別對(duì)應(yīng)連接到兩片74XX138上。而將A3連接到低位片的G2B上和高位片的G1上。

這樣我們實(shí)際上把4bit的二進(jìn)制數(shù)據(jù)劃分為了2段

其中一段從0000到0111，另外一段從1000到1111。當(dāng)現(xiàn)在A2A1A0為111時(shí)，低位片的Y7和高位片的Y7都有可能輸出。而假設(shè)此時(shí)A3為0（此時(shí)輸入為0111），那么低位片的所有使能信號(hào)均有效，而高位片的G1是無(wú)效的。那么此時(shí)低位片被啟用而高位片未被啟用。所以低位片的Y7輸出為低而其它均為高，高位片的所有輸出都是高。因此，0111被譯碼為了1111111101111111（輸出低有效）。反之，A3為1（此時(shí)輸入為1111）。則低位片的G2B無(wú)效而高位片所有的使能信號(hào)都有效。1111倍譯碼為0111111111111111

4.使能信號(hào)還有哪些用法。

使能信號(hào)的用途非常廣泛，可以作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)芯片選通信號(hào)，可以作為顯示系統(tǒng)中的控制信號(hào)。但核心的一點(diǎn)就是使能信號(hào)控制了芯片的功能是否能被正常的啟用，這在設(shè)計(jì)大型的數(shù)字系統(tǒng)中是非常重要的一環(huán)。在后面的課程中我們將使用更多的實(shí)例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。