Линейный (матричный или одноступенчатый) дешифратор

Лекция № 4

Тема: «Устройства кодирования, коммутации и сравнения»

 

Текст лекции по дисциплине: «Цифровые устройства и

микропроцессоры»

 

Текст лекции по дисциплине: «Цифровые устройства и микропроцессоры»

КАЛИНИНГРАД

Г

Содержание

Введение.

 

Учебные вопросы (основная часть):

 

1. Преобразователи кодов (Шифраторы и дешифраторы)

2. Мультипроцессоры, демультиплексоры.

3. Устройства сравнения.

 

 

Заключение

 

Литература:

Основная литература

Л.1. А.К.Нарышкин «Цифровые устройств и микропроцессоры»: учеб. пособие для студ. Высш. Учебн. Заведений/ А. К. Нарышкин, 2 – е изд. - Издательский центр «Академия», 2008г. с. 89-100, 125-131

Л.2. Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров «Аналоговая и цифровая электроника», М.-Горячая линия- Телеком, 2000г. с. 543-550

Дополнительная литература

Л.5. Е.П. Угрюмов «Цифровая схемотехника», Санкт-Петербург, 2000г. с. 46-54

Л6. Ю.А. Браммер. И.Н.Пашук «Импульсные и цифровые устройства», М.-Высшая школа, 1999г. с. 260-265

Л9 Б.А.Калабеков «Цифровые устройства и микропроцессорные системы», М.: «Горячая линия - телеком», 2000 г. с. 110-126

 

Учебно-материальное обеспечение:

1. Полилюкс

2. Слайды

Текст лекции

 

Введение

При создании ЦУ одним из существенных вопросов является выбор рационального кодирования чисел. Воз­никающие при этом требования во многом противоречивы и в зна­чительной мере определяются конкретным видом устройства. В ре­зультате в ЦУ различного назначения применяются разнообразные способы кодирования и для обеспечения совместной работы уст­ройств используют преобразователи кодов чисел.

Если данные передавать одновременно, по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика (значительный вес, большая стоимость). Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируется в параллельные данные на приёмном конце линии связи.

Устройства, используемые для последовательной передачи и приёма данных называются мультиплексорами и демультиплексорами. (Коммутаторами). мультиплексоры по другому называют селекторы, распределители.

1. Преобразователи кодов

Преобразователь кода – это цифровое устройство, преобразующее код числа из одной системы кодирования в другую.

Преобразователи прямого кода числа в обратный и дополни­тельный коды

Назначение.

В вычислительных устройствах арифметические опе­рации выполняются в обратном [А]_ок и дополни­тельном [А]_дк кодах. Однако хранение такой информации удобно осуществлять в прямом коде [А]_пк. Поэтому такие преобразователи служат для преобра­зования прямых кодов чисел в обратные и дополнительные коды

Условное обозначение.

Преобразователи такого класса имеют условное обозначение, представленное на Рис. 1.

Рис. 1 Условное графическое обозначение преобразователя кодов чисел

Здесь х_i — разряды чис­ла на входе; y_i —разряды числа на выходе; при преобразовании ПК в ОК или ДК добавляется один вход а _зн для обозначения знака числа. Если преобразователь осуществляет преобразование ПК числа в ОК, то при поступлении на его входы числа [A]_пк с его выходов снимается число [A]_ок. Если а_зн=0, то ОК числа на выходе преобразователя совпадает с его ПК.

Принцип работы.

Таблица истинности для i -разряда преобразователя ПК числа в ОК имеет вид:

a	xi	азн	yi

Запишем выражение ПФ, описывающей функционирование одного разряда преобразо­вателя ПК числа в ОК, используя данные приведённой таблицы истинности.

y_i= a_зн +x_i

Схема.

Схема одного разряда преобразователя, реализованного по данноё формуле на ЛЭ НЕ, И и ИЛИ имеет вид, представленный на Рис. 2.

Парал­лельный n -разрядный преобразователь можно получить путем па­раллельного соединения схем одноразрядных преобразователей. Схема трехразрядного преобразователя ПК в ОК на ЛЭ типа И — ИЛИ и НЕ показана на Рис. 3.

Рис. 2 Вариант реализации одного разря­да преобразования ПК числа в ОК

Рис. 3 Вариант реализации трехразрядного преоб­разователя ПК числа в ОК

Преобразование ПК в ДК в принципе ничем не отличается от преобразования ПК в ОК. Для положительных чисел (а _зн = 0) схемы совпадают, для отрицательных чисел (а _зн = 1) необходимо добавить суммирующие ЛЭ для суммирования единиц в младшем разряде и формирования сигнала переноса в старших разрядах числа. С использованием ИС могут быть построены преобразова­тели ДК в ОК и наоборот.

Вывод.

1. В ЦУ различного назначения применяются разнообразные способы кодирования и для обеспечения совместной работы таких уст­ройств используют преобразователи кодов чисел.

Шифраторы и дешифраторы

Шифратор - функциональное цифровое устройство предназначенное для преобразования одного вида сигнала в другой. Данное название образовано от английского CODER (CD).

Назначение шифраторов следует из определения.

Для преобразования управляющих сигналов в двоичное число. Например, для преобразования кода десятичного числа в код двоично-десятичного числа.

Классификация шифраторов.

1. По числу разрядов:

- трёх разрядные шифраторы;

- четырёх разрядные шифраторы и т.д.

2. По виду преобразуемых кодов:

например, шифраторы, преобразующие код десятичного числа в двоично-десятичное.

Устройство шифраторов.

Шифратор содержит логические элементы, через которые входные шины соединены с выходом.

Условное обозначение шифраторов.

В качестве условного обозначения рассмотрим преобразователь двоично-десятичных кодов в десятичный и элементы управления вводом выводом индикаторов (Рис. 4).

Например: К155ИВ1.

Здесь “И” обозначает, что это элементы дискретных и арифметических устройств, “В” - шифратор.

Рис. 4 УГО шифратора

Принцип действия шифраторов.

На выходе шифратора устанавливается код, соответствующий номеру входа на котором появилась логическая единица.

Схема шифратора.

На Рис. 5 представлена схема 4-х разрядного двоично-десятичного кода состоит из четырех схем “ИЛИ”. На входы этих схем подаются сигналы в виде логической единицы с входных шин.

Работа шифратора основана на следующем.

Кодирование числа в схеме осуществляется путём определённой распайки между входной шиной и входами схем “ИЛИ”.

Пусть надо получить двоично-десятичный код цифры “5”. Для этого на входную шину под номером 5 подаётся логическая единица. Цифра 5 в двоично-десятичном коде - это “1” в младшем разряде и “1” в третьем разряде. Следовательно, необходимо входную шину 5 соединить со входами первой и третьей схем “ИЛИ”. В результате, на входах этих схем “ИЛИ” будут логические единицы. На входах же второй и четвёртой схем “ИЛИ” будет логический ноль. В итоге, получаем цифру “5” в двоично-десятичном коде - 0101.

Таким образом:

“1” в младшем разряде имеет нечётные десятичные числа 1, 3, 5, 7, 9 поэтому входные шины под этими номерами соединяются через элементы “ИЛИ” с выходной шиной младшего разряда.

“1” во втором разряде имеют десятичные числа 2, 3, 6, 7. Шины с этими номерами через элемент “ИЛИ” подключаются к выходной шине второго разряда.

“1” в третьем разряде имеют числа 4, 5, 6, 7. Шины с этими номерами соединены через элемент “ИЛИ” с выходом третьего разряда.

“1” в четвертом разряде имеют числа 8, 9, 10, и т.д. Шины с этими номерами соединены через элемент “ИЛИ” с выходом четвёртого разряда.

При активизации входной шины на выходе схема даст двоичный код.

Рис. 5 Схема шифратора и принцип его функционирования

Применение шифраторов.

Шифратор имеет широкое применение в цифровой технике.

1. Одно из применений шифраторов в военной технике - это их использование в системах целеуказаний (техника четвёртого поколения). Шифраторы служат для преобразования простого кода информации о характере и местоположении целей в помехозащищённый. Затем такой код передаётся к получателю данной информации.

2. Самый простой пример - это калькулятор.

Принцип работы его заключается в следующем:

Десятичное число преобразуется в код с весом 8-4-2-1. Далее происходит преобразование в семисегментный код. И далее преобразование в десятичное число.

Рис. 6 Пример применения шифратора

Устройство производящее обратную операцию, которую производит шифратор называют дешифратор.

Дешифратор - функциональное цифровое устройство, предназначенное для преобразования кодов из одного вида в другой. Дешифратор это перевод с английского слова DECODER (DC).

Назначение дешифраторов.

Дешифраторы решают следующие задачи:

- преобразование двоично-десятичного кода в десятичное число;

- преобразование двоично-десятичного кода в семеричный код, необходимый для индикации десятичного числа.

Классификация дешифраторов.

1. По числу разрядов.

2. В зависимости от преобразованных кодов:

- двоично-десятичный код в семисегментный;

- двоичный код в десятичное число.

3. По принципу действия:

- линейный (матричный, или одноступенчатый);

- пирамидальный (многоступенчатый).

Устройство дешифраторов.

Дешифратор представляет собой комбинационную логическую схему с включенными соответствующим образом соединённых логических элементов.

Число входов равно числу разрядов двоичного числа.

Число выходов определяется количеством двоичных чисел этого разряда.

Условное обозначение дешифраторов.

Рис. 7 УГО дешифратора

Например рассмотрим конкретную схему К155ИД1 (Рис. 7).

Здесь “И” обозначает, что это элементы дискретных и арифметических устройств, “Д” - дешифратор.

Управляющими входами микросхемы являются:

- контроль свечения;

- сброс;

- гашение нуля старшего разряда.

Принцип действия дешифраторов.

Каждому цифровому сигналу на входе дешифратора соответствует логическая 1 (0) на определенном входе (Ошибка! Источник ссылки не найден.).

Рассмотрим различные схемы дешифраторов.

Схема дешифраторов.

Линейный (матричный или одноступенчатый) дешифратор

Данный дешифратор используется, если на его вход подаётся двоично-десятичный код только в прямой форме. Схема такого дешифратора состоит из входных элементов “И-НЕ” и выходных схем “И”.

Рис. 8 Схема матричного дешифратора

Входные схемы «И-НЕ» предназначены для преобразования прямого двоично-десятичного кода числа в инверсный, т.е. на вход подаётся прямой двоично-десятичный код в виде Х1, Х2, Х3. А на выходах схем получим инверсный код этого числа . Путём определённой распайки шин Х1, Х2, Х3 и со входами схем «И» получим преобразование двоично-десятичного кода в десятичный.

Работа дешифратора.

Каждая схема сработает только тогда, когда на её входы будут поданы все логические единицы. Тогда, например, для получения цифры 5 необходимо чтобы логические единицы подавались на входы Х1 и Х3, а на инверсный второй вход цифра 0, которая затем инвертируется в 1. (Смотри Рис. 8 жирный цвет).

Недостатком схемы является наличие в ней разнотипных логических элементов. Это экономически не выгодно.

Данный недостаток устраняется в пирамидальных дешифраторах.