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 к выходов. Соотношения между п и к могут быть любыми: п-к, п<к и п>к. При преобразовании кода чисел с ними могут выполняться различные дополнительные операции, например, умножение на весовые коэффициенты. Примером невссового 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 сешентов 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. 

     Рис. 15 1. Схема преобразователя кода для  семисегмеитного индикатора (а) и таблица соответствия кодов (б) 

     Шкальные  индикаторы представляют собой линейку  светодиодов с одним общим анодом или катодом. Преобразователи двоичного кода в код управления 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 матричными индикаторами являются индикаторы, имеющие 5 столбцов и 7 строк (формат 5x7). 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 5x7 светодиодов (рис. 15.2 а).

     Для управления матричными индикаторами выпускаются  микросхемы, в которых положение светодиода задается номерами столбца / и строки у, причем не все комбинации г и у используются. Такие преобразователи кодов называются неполными. К ним относятся микросхемы К155ИД8 и К155ИД9 (рис. 15.2 6).

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

     Шифратором называют кодовый преобразователь, который имеет n входов и к 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

           n=2^k  (15.1)

     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 Y₀=Y₁=Y₂0.

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

     Рис. 15.2. Устройство матричного индикатора формата 7x5 (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 к<п. 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 n<2k (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 я, приведено в табл. 15.1. Из этой таблицы следует, что для  шифраторов должно выполняться условие = 0 при

     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 х1 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 хр имеющие больший приоритет, поданы нули. Такие шифраторы называются приоритетными, например, если на входе шифратора установлен код ООП, 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: С — сигнал, свидетельствующий о наличии хотя бы одного возбужденного входа х, при включенном состоянии шифратора О-1 при х, = 1, хотя бы для одного I при ^=1); ЕО— сигнал разрешения, свидетельствующий об отсутствии возбужденных входов х, при включенном состоянии шифратора {ЕО-1 при Е-1 и х, = 0 для всех /). 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