为什么使能信号可以控制芯片的“启用”和“停用”

去年底，西南地区电子线路研究会的几位“老”教授们邀请我去为即将参加全国电子技术、电子线路讲课比赛的老师们辅导一下。我当时听到这个邀请心理是懵逼的……我这30出头（划掉，30好几）的人，那也就是个年轻老师啊。参赛的那些老师们比我年龄大的多得很，讲课10多年、20年教龄的也有。我去能辅导个啥？我常年“评教成绩”还经常在后50%徘徊呢（主要也怪我这嘴，总习惯于上课伤人啊，有些被怼的受不了的小朋友们就喜欢给我打低分）。不过“老”教授们说你还是来吧，从你的角度上提点意见也是好的啊。我想想也是，抱着交流学习的态度过去听听这些在比赛中脱颖而出的老师们讲课。

这一去啊还真有不少收获和心得体会。也为现在很多大学电路类基础课程的教学现状感到担忧。按照某位“老”教授的说法，课程讲解分为三个层次。第一个层次是What，要讲清楚基本概念，让学生理解到这个技术叫什么/是什么。第二个层次是How，就是要讲清楚这些技术应该怎么去用。第三层次是Why，要讲清楚这些技术背后产生的原因，技术的来源和产生的历史条件。只有讲到第三个层次，才能脱离具体的知识点，进入到“启发思考”的阶段。但从实际的表现来看，大部分的老师停留在第一个层次。勉强进入第二个层次呢，大部分是教如何去做题而不是教如何解决实际问题的。第三个层次基本上无人讲到，所谓的“举一反三”也基本上停留在如何举一反三的做题（当然，能做到这点也算不错了）。在这里顺便多说一句。其实基于卷面的考试形式主要是考What，能部分的考到How，而几乎无法有效的考察Why。所以有些考试成绩还不错的遇到实际问题就懵逼，就是这个原因。

虽然说What，How和Why是依次提升的，但How和Why往往不能分开。简单的讲How就会变成“讲套路”，包括做题的套路和做事的套路。昨天听到一位老师讲使能信号和芯片扩展，觉得就没有讲的很好。想到这应该是一个普遍性的问题，那就从我认为应该比较合理的方法来讲讲使能信号。

1.什么是使能信号。

所谓使能信号，英文叫Enable。翻译成中文还有“启用”等意思。其实我觉得更符合大家的理解习惯的可以叫“启用信号”。简单的说，通过这个信号可以控制某颗芯片/某个电路有没有被“启用”。

我们以数字电路里面经常被讲到的一个非常基础的芯片74XX138为例来看。首先看74XX138的功能表：

如图所示，当G1为低电平的时候，不管其它输入是什么。输出全为高电平。而当G2为高电平时（G2等于G2A与上G2B），不管其它输入是什么，输出也都一律为高电平。因此仅从功能上来判断，G1和G2就可以控制这颗芯片是不是被“启用”了。可以看出当G1为低或G2位高时，整个芯片的其它输入无论如何变化都不影响输出。简单的说就是整个芯片实际上没用发挥作用，功能没有“启用”。

2.为什么使能信号可以控制芯片的“启用”和“停用”

继续以74XX138为例。

如果把74XX138内部电路打开，我们可以看到这样一个电路图：

我们需要仔细观察一下，使能信号的那几个G1， G2A，G2B

从逻辑上我们可知，如果要这个与门的出为1，必须要满足G1为高电平，G2A和G2B都为低电平。

而我们在仔细的观察一下这个与门的输出都连到了哪里：

全部都连到了最后一级的所有与非门上。我们知道一个与非门，如果有1个输入为0，那么这个与非门的输出就会是1。因此，如果不满足G1为高电平，G2A和G2B都为低电平这个条件，就会让所有输出全为1。而这时无论别的输入是什么，都不会让输出有任何改变。从这一点上来说，要启用这颗芯片的功能就必须满足G1为高电平，G2A和G2B都为低电平这个条件。否则，其它输入影响不了输出，芯片“译码”的功能就没有被“启用”。

3.为什么需要使能信号？

需要使能信号的主要原因是一个大型的数字系统中，通常都需要使用多个芯片/电路单元来配合完成一个功能。而这些芯片并不是每时每刻都在工作的。因此需要用使能信号来控制应该“启动”哪个芯片来工作。

继续以74XX138为例。74XX138是一个3-8译码器，就是把3位的二进制码翻译为8位的“独热码”。而如果我们此时需要将4位的二进制码翻译成16位的“独热码”怎么办呢？我们可以使用2颗74XX138来实现。

具体的电路连接如下：

假设4bit的二进制编码从高到低依次是A3A2A1A0

将A2A1A0分别对应连接到两片74XX138上。而将A3连接到低位片的G2B上和高位片的G1上。

这样我们实际上把4bit的二进制数据划分为了2段

其中一段从0000到0111，另外一段从1000到1111。当现在A2A1A0为111时，低位片的Y7和高位片的Y7都有可能输出。而假设此时A3为0（此时输入为0111），那么低位片的所有使能信号均有效，而高位片的G1是无效的。那么此时低位片被启用而高位片未被启用。所以低位片的Y7输出为低而其它均为高，高位片的所有输出都是高。因此，0111被译码为了1111111101111111（输出低有效）。反之，A3为1（此时输入为1111）。则低位片的G2B无效而高位片所有的使能信号都有效。1111倍译码为0111111111111111

4.使能信号还有哪些用法。

使能信号的用途非常广泛，可以作为计算机系统中的存储芯片选通信号，可以作为显示系统中的控制信号。但核心的一点就是使能信号控制了芯片的功能是否能被正常的启用，这在设计大型的数字系统中是非常重要的一环。在后面的课程中我们将使用更多的实例来说明这个问题。