Тема 1.5. Шифраторы. Дешифраторы

Тема 1. 5. Шифраторы. Дешифраторы

Что такое шифратор?

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.

Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n= 2m, где n— число входов, m— число выходов.

Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно 16 (n = 24 = 16), поэтому шифратор 10× 4 (из 10 в 4) будет неполным.

Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подается только на один вход. Условное обозначение такого шифратора и таблица соответствия кода приведены на рис. 3. 35.

Используя данную таблицу соответствия, запишем логические выражения, включая в логическую сумму те входные переменные, которые соответствуют единице некоторой выходной пере­менной. Так, на выходе у1 будет логическая «1» тогда, когда логическая «1» будет или на входе Х1, или Х3, или Х5, или Х7, или X9, т. е. у1 = Х1+ Х3+ Х5+ Х7+X9

Аналогично получаем у2 = Х2 + Х3 + Х6 + X7 у3 = Х4 + Х5 + Х6 + Х7 у4 = Х8 + X9

Представим на рис. 3. 36 схему такого шифратора, используя элементы ИЛИ.

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

На практике часто используют шифратор с приоритетом. В таких шифраторах код двоичного числа соответствует наивысшему номеру входа, на который подан сигнал «1», т. е. на приоритетный шифратор допускается подавать сигналы на несколько входов, а он выставляет на выходе код числа, соответствующего старшему входу.

Рассмотрим в качестве примера (рис. 3. 37) шифратор с приоритетом (приоритетный шифратор) К555ИВЗ серии микросхем К555 (ТТЛШ).

Шифратор имеет 9 инверсных входов, обозначенных через PRl, …, PR9. Аббревиатура PR обозначает «приоритет». Шифратор имеет четыре инверсных выхода Bl, …, B8. Аббревиатура B означает «шина» (от англ. bus).

Цифры определяют значение активного уровня (нуля) в соответствующем разряде двоичного числа. Например, B8 обозначает, что ноль на этом выходе соответствует числу 8. Очевидно, что это неполный шифратор.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Если на всех входах — логическая единица, то на всех выходах также логическая единица, что соответствует числу 0 в так называемом инверсном коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номером входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.

Например, если на входе PR1 — логический ноль, а на всех остальных входах — логическая единица, то на выходах имеются следующие сигналы: В1 − 0, В2 − 1, В4 − 1, В8 − 1, что соответствует числу 1 в инверсном коде (1110).

Если на входе PR9 логический ноль, то независимо от других входных сигналов на выходах имеются следующие сигналы: В1 − 0, В2 − 1, В4 − 1, В8 − 0, что соответствует числу 9 в инверсном коде (0110).

Основное назначение шифратора — преобразование номера источника сигнала в код (например, номера нажатой кнопки некоторой клавиатуры).

Что такое дешифратор?

Называется комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m= 2n, где n- число входов, а m— число выходов.

Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.

 

 

Тема 1. 6. Преобразователи кодов

Преобразователи кодов служат для перевода одной формы числа в другую. Их входные и выходные переменные однозначно связаны между собой. Эту связь можно задать таблицами переключений или логическими функциями.

Шифратор преобразует одиночный сигнал в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел двоичную систему счисления. Предположим, на пульте десять клавишей с гравировкой от 0 до 9. При нажатии любой из них на вход шифратора подаётся единичный сигнал (ХО-Х9). На выходе шифратора должен появиться двоичный код (Y1, Y2,... ) этого десятичного числа. Как видно из таблиц переключений, в этом случае нужен преобразователь с десятью входами и четырьмя выходами.

Двоичное число	Y8	Y4	Y2	Y1

На выходе Y1 единица появляется при нажатии любой нечетной клавиши X1, ХЗ, Х5. Х7. Х9, т. е. Y1=Х1\/ХЗ\/Х5\/Х7\/Х9. Для остальных выходов логические выражения имеют вид: Y2=Х2\/ХЗ\/Х6\/Х7; Y4==Х4\/Х5\/Х6\/Х7; Y8=Х8\/Х9. Следовательно, для шифратора понадобятся четыре элемента ИЛИ: пятивходовый, два четырехвходовых и двухвходовый рисунок 1.

 

Рисунок 1

Примечание редакции: логический элемент Y2 неправильно показан. У него нет соединения с Х2, но есть соединение с Х4.

Дешифратор преобразует код, поступающий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифраторы широко применяются в устройствах управления, в системах цифровой индикации, для построения распределителей импульсов по различным цепям и т. д. Условное обозначение дешифратора на микросхеме К155ИД1 с десятью выходами для дешифрования одного разряда двоично-десятичного кода 8421 и часть его принципиальной схемы приведены на рисунке 2. Любому входному двоичному коду соответствует низкий уровень только на одном выходе, а на всех остальных сохраняется высокий уровень. Дешифраторы входят во все серии микросхем ТТЛ и КМДП. Например, дешифратор К155ИД4 (два дешифратора в корпусе) преобразует двоичный код в код «1 из 4», К155ИД1 и К176ИД1 в код «1 из 10», К155ИДЗ—В код «1 из 16». Цоколёвка этих микросхем приведена на рисунке 2 и 3.

 

Рисунок 2

Дешифратор на микросхеме К155ИД1 предназначен для работы с декадными газоразрядными индикаторами. Его выходы подключают непосредственно к катодам (имеющим форму десятичных цифр) газоразрядного индикатора анод которого через резистор подключен к источнику питания напряжением 200—250 В. Выходные сигналы этой микросхемы отличаются от ТТЛ уровней и поэтому для подключения к ней других микросхем приходится применять дополнительные устройства согласования.

 

Рисунок 3

Микросхема К155ИД4 состоит из двух дешифраторов на 4 с объединенными адресными входами (выводы 3 и 13) и раздельными входами стробирования. Стробированием называется выделение сигнала в определенный момент времени. В данном случае - это появление выходного сигнала в момент, когда на входах стробирования есть разрешающие уровни. Если на обоих входах А1 и А2 будут низкие уровни, то на выходе верхнего по схеме дешифратора, номер которого соответствует эквиваленту входного кода, будет низкий уровень. Для нижнего (по схеме) дешифратора необходимо необходимо условий: А3==1 и А4==0. На рисунке 3, б показано, как эту микросхему можно использовать в качестве дешифратора на восемь выходов со входом стробирования.

Дешифратор на микросхеме К155ИДЗ имеет четыре входа для приема чисел в коде 8421 и 16 выходов. Два входа стробирования (для передачи сигнала на А1 и А2 необходимо подать низкие уровни) позволяют объединить микросхемы для получения дешифраторов на 32 выхода рисунок 4, 64 выхода (потребуется четыре микросхемы) и т. д.

 

Рисунок 4

Преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора. Числа на табло и пультах индицируются, как правило, в десятичном коде. Для этого можно использовать дешифратор на микросхеме К155ИД1 совместно с газоразрядным индикатором, Однако применение таких индикаторов в радиолюбительской практике нежелательно из-за сравнительно высокого напряжения источника питания (200 В). Сейчас широкое распространение получили так называемые семи сегментные светодиодные и жидкокристаллические индикаторы, которые работают при тех же напряжениях, что и микросхемы. В них индикация осуществляется семью элементами, как показано на рисунке 5. Подавая управляющее напряжение на отдельные элементы индикатора и вызывая его свечение (светодиодные индикаторы) или изменяя его окраску (жидкокристаллические индикаторы), можно получить изображение десятичных цифр 0, 1,..., 9. О конкретных типах семисегментных индикаторов я расскажу дальше. Преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного индиктора показано в таблице. Цоколёвка некоторых микросхем – преобразователей кода 8421 в семисегментный показана на рисунок.

Рисунок 5

Не микросхемы серии К514 поступают входные сигналы уровней ТТЛ. Сигнал Г служит для гашения индикации напряжением низкого уровн. При нормальной работе уровень сигнала Г=1. Дешифратор на микросхеме К514 работает со светодиодными индикаторами, имеющими раздельные аноды, на К514ИД2 - с раздельными катодами. Дешифратор К514ИД2, подключают к индикаторам через токоограничительные резисторы (200-500 Ом) в первый имеет такие резисторы в своем корпусе.

Цифра					a	b	c	d	e	f	g

Микросхемы К176ИД2 и К176ИДЗ являются преобразователями кода с выходным регистром памяти. Запись информации в память происходит по фронту тактого сигнала, подаваемого на вход S (при этом сигнал на входе К=0). Если К=1, дешифратор блокируется. Выходной код этих дешифраторов прямой при М=0 и обратный при М=1. Дешифраторы предназначен для работы с жидкокристаллическими и люминесцентными индикаторами. Они могут работать и со светодиодными индикаторами при напряжении источника питания 9 – 12V с пониженной яркостью свечения (из-за ограничения тока до 2-3 мА).

Мультиплексор узел, осуществляющий преобразование параллельных цифровых кодов в последовательные. Его применяют для последовательного опроса заданного числа информационных сигналов и передачи их на один выход.

Рисунок 6

Условное обозначение мультиплексора с четырьмя информационными входами и его принципиальная схема показана на рисунке 6. На выход Q такого устройства передаётся логический уровень того информационного входа D_i, номер которого i d двоичном коде задан на адресных входах A1 A2. Из принципиальной схемы следует что:
Q=D0(-A1)(-A2)\/D1A1(-A2)\/D2(-A1)A2\/D3A1A2.
Число информационных входов может быть увеличено, но при этом увеличится и разрядность адреса.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: