Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы

Лекция 15. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы

Преобразователи кодов. Операция изменения кода числа называется его пере­кодированием. Интегральные микросхемы, выполняющие эти операции, называ­ются преобразователями кодов. Преобразователи кодов бывают простые и слож­ные. К простым относятся преобразователи, которые выполняют стандартные операции изменения кода чисел, например, преобразований двоичного кода в одинарный или обратную операцию. Сложные преобразователи кодов выполняют нестандартные преобразования кодов и их схемы приходится разрабатывать каж­дый раз с помощью алгебры логики.

Будем считать, что преобразователи кодов имеют п входов и k выходов. Со­отношения между п и k могут быть любыми: n=k, n<k и n>k. При преобразова­нии кода чисел с ними могут выполняться различные дополнительные операции, например, умножение на весовые коэффициенты. Примером невесового преобра­зования является преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Весовые преобразователи кодов используются при преобразовании числовой информации. Таблица 146 Параметры интегральных микросхем регистров

низкий и максимальная частота счета /„акс- Большинство перечисленных парамет­ров определяется серией микросхем и типом применяемой логики.

Интегральные микросхемы регистров. В наименовании регистров их функцио­нальное назначение обозначается буквами ИР. В остальном условное обозначение регистров совпадает с обозначением счетчиков. В табл. 14.6 приведены некоторые типы регистров различных серий

Лекция 15. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы

Преобразователи кодов. Операция изменения кода числа называется его пере­кодированием. Интегральные микросхемы, выполняющие эти операции, называ­ются преобразователями кодов. Преобразователи кодов бывают простые и слож­ные. К простым относятся преобразователи, которые выполняют стандартные операции изменения кода чисел, например, преобразований двоичного кода в одинарный или обратную операцию. Сложные преобразователи кодов выполняют нестандартные преобразования кодов и их схемы приходится разрабатывать каж­дый раз с помощью алгебры логики.

Будем считать, что преобразователи кодов имеют п входов и k выходов. Со­отношения между п и k могут быть любыми: n=k, n<k и n>k. При преобразова­нии кода чисел с ними могут выполняться различные дополнительные операции, например, умножение на весовые коэффициенты. Примером невесового преобра­зования является преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Весовые преобразователи кодов используются при преобразовании числовой информации. Интегральные микросхемы преобразователей кодов выпускаются только для наиболее распространенных операций.

• преобразователи двоично-десятичного кода в двоичный код;

• преобразователи двоичного кода в двоично-десятичный код;

• преобразователи двоичного кода в код Грея,

• преобразователи двоичного кода в код управления сегментными индикато­рами,

• преобразователи двоичного или двоично-десятичного кода в код управле­ния шкальными или матричными индикаторами.

В качестве примера рассмотрим преобразователь двоичного кода в код управления семисегментным цифровым индикатором, приведенный на рис. 15.1 а Сам индикатор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором име­ются семь сегментов, выполненных из светодиодов. Включением и выключением отдельных сегментов можно получить светящееся изображение отдельных цифр или знаков. Конфигурация и расположение сегментов индикатора показаны на рис. 15.1 а. Каждой цифре соответствует свой набор включения определенных сег­ментов индикатора. Соответствующая таблица приведена на рис 15 1 б В этой таблице также приведены двоичные коды соответствующих цифр

Такие индикаторы позволяют получить светящееся изображение не только цифр от 0 до 9, но других знаков, используемых в 8- и 16-ричной системах счис­ления. Для управления такими индикаторами выпускаются интегральные микро­схемы типов КР514ИД1, К514ИД2, К133ПП1, 176ИД2, 176ИДЗ, 564ИД4, 564ИД5 и др. Преобразователи кодов, выполненные по технологии КМОП, можно использовать не только со светодиодными индикаторами, но и с жидкокристал­лическими или катодолюминисцентными

Шкальные индикаторы представляют собой линейку светодиодов с одним общим анодом или катодом. Преобразователи двоичного кода в код управления

Рис 15 1 Схема преобразователя кода для семисегментного индикатора (а) и таблица соотвествия кодов (б)

шкальным индикатором обеспечивают перемещение светящегося пятна, определя­емое двоичным кодом на адресном входе

Матричные индикаторы представляют собой наборы светодиодов, располо­женных по строкам и столбцам Наиболее распространенными матричними инди­каторами являются индикаторы, имеющие 5 столбцов и 7 строк (формат 5х7). Количество светодиодов в таких матричных индикаторах равно 35 Управление такими индикаторами производится путем выбора номера строки и номера стол­бца, на пересечении которых находится нужный светодиод Примером такого матричного индикатора является прибор АЛС340А с форматом 5х7 светодиодов (рис 15 2 а)

Для управления матричными индикаторами вьшускаются микросхемы, в ко­торых положение светодиода задается номерами столбца i и строки ], причем не все комбинации ; и у используются Такие преобразователи кодов называются неполными К ним относятся микросхемы К155ИД8 и К155ИД9 (рис. 15.26).

Примерами простейших преобразователей кодов, которые широко применя­ются в цифровых устройствах, являются шифраторы и дешифраторы.

Шифратором называют кодовый преобразователь, который имеет п входов и k выходов, и при подаче сигнала на один из входов (обязательно только на один) на выходах появляется двоичный код возбужденного входа Очевидно, что число выходов и входов в полном шифраторе связано соотношением

Рассмотрим принцип построения шифратора на примере преобразования 8-разрядного единичного кода в двоичный код Схема такого шифратора приве­дена на рис 15 3 а, а его условное схематичное обозначение — на рис 15.3 б. Если все входные сигналы имеют нулевое значение, то на выходе шифратора будем иметь нулевой код Yo=Y=Yi=0

Младший выход, т е. выход с весовым коэффициентом, равным 1, должен возбуждаться при входном сигнале на любом из нечетных входов, так как все

Рис 152 Устройство матричного индикатора формата 7х5 (а) и включение микросхемы К155ИД9 неполного дешифратора матричного индикатора (б)

Рис 15.3. Схема шифратора восьмиразрядного единичного кода (а) и его условное схематическое обозначение (б)

нечетные номера в двоичном представлении содержат единицу в младшем разря­де. Следовательно, младший выход — это выход схемы ИЛИ, к входам которой подключены все входы с нечетными номерами.

Следующий выход имеет вес два. Он должен возбуждаться при подаче сигна­лов на входы с номерами 2, 3, 6, 7, т. е. с номерами, имеющими в двоичном представлении единицу во втором разряде. Таким образом, входы элемента ИЛИ должны быть подключены к входным сигналам, имеющим указанные номера.

Старший разряд двоичного кода формируется из входных сигналов с номера­ми 4, 5, 6 и 7, т. е. из четырех старших разрядов единичного кода. Все рассмотрен­ные состояния шифратора можно увидеть в таблице, приведенной на рис. 15.1 б.

Как следует из выполненного построения, при помощи шифратора можно сократить (сжать) информацию для передачи ее по меньшему числу линий связи, так как k<n. Обратное преобразование, т. е. восстановление информации в перво­начальном виде можно выполнить с помощью дешифратора. Очевидно, что максимальное число входов шифратора не может превышать количество возмож­ных комбинаций выходных сигналов, т. е. необходимо выполнение условия й<2* (см. уравнение (15.1) для полного шифратора).

В цифровых системах с помощью шифраторов обеспечивается связь между различными устройствами посредством ограниченного числа линий связи. Так, например, в кнопочных пультах управления ввод числовых данных обычно вы­полняется в унитарном коде посредством нажатия одной из десяти кнопок, а ввод данных в микропроцессор выполняется в двоичном коде. Для преобразования кода кнопочного пульта в код микропроцессора также используется шифратор «из 10 в 4». Однако, поскольку четырехразрядный двоичный код имеет не 10, а 16 возможных комбинаций, такой шифратор будет неполным.

Состояние выходов шифратора, изображенного на рис. 15.3 а, приведено в табл. 15.1. Из этой таблицы следует, что для шифраторов должно выполняться условие ;с,х,=0 при i^j.

Если сигналы, поступающие на вход шифратора, являются независимыми, что бывает, например, при нажатии одновременно нескольких кнопок на кнопоч­ном пульте управления, то условие х,х,=0 не выполняется. В этом случае каждому входу х, шифратора назначают свой приоритет. Обычно считают, что чем выше номер входа, тем выше его приоритет. В этом случае шифратор должен выдавать на выходе двоичный код числа ;', если х,=1, а на все входы х,, имеющие больший приоритет, поданы нули. Такие шифраторы называются приоритетными, напри­мер, если на входе шифратора установлен код 0011, то на выходе будет код 01.

В качестве примера рассмотрим функционирование приоритетного шифрато­ра К555ИВ1. Функцонирование этого шифратора описывается табл. 15.2.

Условное схематическое изрбражение шифратора К555ИВ1 приведено на рис. 15.4 а. Назначение сигналов на входе шифратора: Е — сигнал включения шифратора (0 — выключен, 1 — включен). Сигналы на выходе: G — сигнал, свидетельствующий о наличии хотя бы одного возбужденного входа х, при вклю­ченном состоянии шифратора (7=1 при х<=1, хотя бы для одного г при £=1);

ЕО— сигнал разрешения, свидетельствующий об отсутствии возбужденных вхо­дов Xi при включенном состоянии шифратора (Е0=1 при Е=1 и х,=0 для всех i). Таким образом, трехразрядный двоичный код можно считывать с выхода шифра­тора только при условии, что (7=1. Выходной сигнал ЕО можно использовать при каскадном включении шифраторов. Схема расширенного шифратора на ИМС

Таблица 15.1 Состояния выходов шифратора 8х3

Таблица 15 2 Состояние входов и выходов приоритетного шифратора К555ИВ1

Примечание. х=0 или 1

К555ИВ1 форматом 16х4 приведена на рис. 15.46. В этой схеме наивысший при­оритет имеет вход Х15. Первый шифратор (верхний по схеме) включается только в том случае, если не возбужден ни один вход второго (нижнего) шифратора. Сигнал G=1, если возбужден хотя бы один вход Хц...Хц.

Аналогично функционирует приоритетный шифратор К555ИВ2, отличитель­ной особенностью которого является наличие выходов с тремя состояниями, что

Рис. 15.4. Условное схематичное изображение шифратора К555ИВ1 (а) и расширенный шифратор форматом 16х4 (б)

облегчает каскадирование шифраторов. Другой приоритетный шифратор К555ИВЗ имеет формат 10х4 и функционирует аналогично предыдущему.

Дешифратором называют преобразователь двоичного я-разрядного кода в унитарный 2"-разрядный код, все разряды которого, за исключением одного, рав­ны нулю. Дешифраторы бывают полные и неполные. Для полного дешифратора выполняется условие:

где п — число входов, а N — число выходов.

В неполных дешифраторах имеется п входов, но реализуется N<2" выходов. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 10 выходов будет неполным, а дешифратор, имеющий 2 входа и 4 выхода, будет полным.

Рассмотрим принцип построении дешифратора на примере преобразования трехразрядного двоичного кода в унитарный код. Если считать, что входы и выходы упорядочены по возрастающим номерам, т. е. считать, что коду 000 соот­ветствует выход Ко, коду 001 — выход у) и т. д., то для полного дешифратора можно записать восемь упорядоченных уравнений:

Реализовать восемь уравнений (15.3) можно с помощью восьми трехвходовых элементов И. Полученная схема дешифратора приведена на рис. 15.5 а, а его ус­ловное схематичное изображение приведено на рис. 15.5 б.

Для расширения числа входов и выходов используют каскадное включение дешифраторов. На рис. 15.6 показана группа из пяти дешифраторов, соединенних последовательно в два каскада. Все дешифраторы одинаковые. Кроме кодовых входов каждый дешифратор имеет вход стробирующего сигнала (вход С). Сигнал на выходе дешифратора появляется только при С=1. Если С=0, то на всех выхо­дах дешифратора будут нули, т. е. дешифратор заперт.

На входы первого дешифратора DD подаются старшие разряды Хц и Xs. чис­ла, которое нужно дешифрировать. Таким образом, дешифратор DDI определяет, какой из четырех дешифраторов DD2... DD5 из подключенных к нему будет вы­полнять дешифрирование младших разрядов числа. Выходные сигналы первого дешифратора подключены к стробирующим входам С остальных и разрешают их работу.

Младшие разряды дешифрируемого числа X, и Х-г подаются на входы дешиф­раторов DD2... DD5. Однако выполнять дешифрирование этих разрядов будет только тот дешифратор, который включен сигналом, поданным на вход С от дешифратора старших разрядов.

Рис. 15.5. Схема дешифратора 3х8 (а) и его условное схематичное изображение (б)

Так, например, при дешифрировании числа 1001 на вход поступает код 10, которым возбуждается выход 2. В этом случае включается дешифратор DD4 , на вход которого подан код 01 младших разрядов дешифрируемого числа. В резуль­тате будет возбужден выход 1 дешифратора Z)D4, при этом на выходе появится сигнал У9, что соответствует выбранному входному коду.

Для расширения числа входов и выходов дешифраторов можно также вос­пользоваться параллельным или прямоугольным дешифратором, схема которого приведена на рис. 15.7. Схема прямоугольного дешифратора состоит из двух сту­пеней. Первая ступень состоит из двух дешифраторов DD и DD2, первый из которых дешифрует младшие разряды Х и Х^ входного числа, а второй — стар­шие разряды Х^ и Х^ Вторая ступень состоит из N элементов 2И-НЕ. Все элемен­ты 2И-НЕ разделены на строки и столбцы: строками управляет дешифратор пер­вой ступени на DD, а столбцами управляет дешифратор DD2, Схема, приведен­ная на рис. 15.7, соответствует полному дешифратору. Если исключить некоторые из элементов 2И-НЕ, то получим неполный дешифратор с уменьшенным числом выходов.

Рис 156 Каскадное включение дешифраторов

Рис 157 Схема прямоугольного дешифратора

Интегральные микросхемы преобразователей кодов, шифраторов и дешифра­торов. Промышленность выпускает большое количество различных микросхем преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов, некоторые из которых приведены в табл. 15.3.

Таблица 15.3 Интегральные микросхемы преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов

На базе микросхем, приведенных в табл. 15.3, возможно проектирование пре­образователей кодов, шифраторов и дешифраторов различной степени сложности. Кроме приведенных специализированных микросхем иногда используют програм­мируемые запоминающие устройства, которые применяют для вывода различных символов на экран монитора при управлении от двоичного кода. К таким элемен­там относятся микросхемы ПЗУ типа К155РЕ21...К155РЕ24, которые используются в качестве преобразователей двоичного кода в код русского, латинского алфави­та, код арифметических и дополнительных символов.