Десятичный дешифратор (декодер)

Рассмотрим пример построения дешифратора (декодера) из двоичного кода в десятичный. Десятичный код обычно отображается одним битом на одну десятичную цифру. Это классический пример, иллюстрирующий, что нулями и единицами описываются не только двоичные коды. В десятичном коде десять цифр, поэтому для отображения одного десятичного разряда требуется десять выходов дешифратора. Около каждого разряда десятичного кода подписана десятичная цифра, которую отображает логическая единица в этом разряде. Сигнал с этих выводов дешифратора можно подать на десятичный индикатор. В простейшем случае над светодиодом можно просто подписать индицируемую цифру. На входе дешифратора двоичный код записывается в соответствии с правилами двоичной системы счисления. Таблица истинности десятичного декодера приведена в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Таблица истинности десятичного декодера.

Входы

Выходы

В соответствии с принципами построения схемы по произвольной таблице истинности получим схему декодера, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 3.1. Эта схема приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Принципиальная схема двоично-десятичного дешифратора (декодера).

Как видно на этой схеме для реализации каждой строки таблицы истинности потребовалась схема "4И". Схема "ИЛИ" не потребовалась, так как в таблице истинности на каждом выходе присутствует только одна единица.

Дешифраторы выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в составе других микросхем. В настоящее время десятичные или восьмеричные дешифраторы используются в основном как составная часть других микросхем, таких как мультиплексоры, демультиплексоры, ПЗУ или ОЗУ.

Условно-графическое обозначение микросхемы дешифратора на принципиальных схемах приведено на рисунке 3.2. На этом рисунке приведено обозначение двоично-десятичного дешифратора, полная внутренняя принципиальная принципиальная схема которого изображена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.2. Условно-графическое обозначение двоично-десятичного дешифратора.

Точно таким же образом можно получить принципиальную схему и для любого другого декодера (дешифратора). Наиболее распространены схемы восьмеричных и шестнадцатеричных дешифраторов. Для индикации такие дешифраторы в настоящее время практически не используются. В основном такие дешифраторы используются как составная часть более сложных цифровых модулей.

Семисегментный дешифратор

Для отображения десятичных и шестнадцатеричных цифр часто используется семисегментный индикатор. Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов приведено на рисунке 3.

Рисунок 3.3 Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов.

Для изображения на таком индикаторе цифры 0 достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f. Для изображения цифры '1' зажигают сегменты b и c. Точно таким же образом можно получить изображения всех остальных десятичных или шестнадцатеричных цифр. Все комбинации таких изображений получили название семисегментного кода.

Составим таблицу истинности дешифратора, который позволит преобразовывать двоичный код в семисегментный. Пусть сегменты зажигаются нулевым потенциалом. Тогда таблица истинности семисегментного дешифратора примет вид, приведенный в таблице 3.2. Конкретное значение сигналов на выходе дешифратора зависит от схемы подключения сегментов индикатора к выходу микросхемы. Эти схемы мы рассмотрим позднее, в главе, посвящённой отображению различных видов информации.

Таблица 3.2. Таблица истинности семисегментного декодера.

Входы	Выходы
				a	b	c	d	e	f	g

В соответствии с принципами построения схемы по произвольной таблицы истинности, получим принципиальную схему семисегментного дешифратора (декодера), реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 2. На этот раз не будем подробно расписывать процесс разработки схемы. Полученная принципиальная схема семисегментного дешифратора приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4. Принципиальная схема семисегментного дешифратора (декодера).

Для облегчения понимания принципов работы схемы на выходе логических элементов "И" показаны номера строк таблицы истинности, реализуемые ими.

Например, на выходе сегмента a логическая единица появится только при подаче на вход комбинации двоичных сигналов 0001 (1) и 0100 (4). Это осуществляется объединением соответствующий цепей элементом "2ИЛИ". На выходе сегмента b логическая единица появится только при подаче на вход комбинации двоичных сигналов 0101 (5) и 0110 (6), и так далее.

В настоящее время семисегментные дешифраторы выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в виде готовых блоков составе других микросхем. Условно-графическое обозначение микросхемы семисегментного дешифратора приведено на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5. Условно-графическое обозначение семисегментного дешифратора.

В качестве примера семисегментных дешифраторов можно назвать такие микросхемы отечественного производства как К176ИД3. В современных цифровых схемах семисегментные дешифраторы обычно входят в состав больших интегральных схем.

Глава 4

Шифраторы (кодеры)

Достаточно часто перед разработчиками цифровой аппаратуры встаёт обратная по сравнению с декодированием задача. Требуется преобразовать восьмиричный или десятичный линейный код в двоичный. Линейный восьмиричный код может поступать с выхода механического переключателя. Составим таблицу истинности такого устройства.

Таблица 4.1. Таблица истинности восьмиричного шифратора (кодера).

	Входы	Выходы
№ комбинации								A2	A1	A0

Ещё одним источником линейного восьмеричного кода могут стать аналоговые компараторы с различными порогами срабатывания. Такая линейка компараторов может служить для преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Однако двоичный код более компактен. Поэтому требуется преобразователь кода. Таблица истинности такого устройства несколько отличается от приведённой в таблице 4.1 она приведена в таблице 4.7.

Таблица 4.2.Таблица истинности десятичного шифратора (кодера).

	Входы	Выходы
№ комбинации								A2	A1	A0

Таблицы истинности можно объединить. В этом случае ячейки таблицы, где неважно, будет ли записан ноль или будет записана единица, помечены символом 'X'.

Таблица 4.3.Таблица истинности восьмеричного универсального шифратора (кодера).

	Входы	Выходы
№ комбинации								A2	A1	A0
	X
	X	X
	X	X	X
	X	X	X	X
	X	X	X	X	X
	X	X	X	X	X	X

Теперь можно составить схему устройства. То, что практически во всех строках есть неопределённые значения, позволяет значительно упростить схему восьмеричного кодера. Результирующая схема восьмеричного кодера приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Принципиальная схема восьмеричного кодера.

В настоящее время шифраторы выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в виде готовых блоков составе других микросхем, таких как параллельные АЦП. Условно-графическое обозначение шифратора приведено на рисунке 4.2. В качестве примера шифраторов можно назвать такие микросхемы отечественного производства как К555ИВ1 и К555ИВ3.

Рисунок 4.2. Условно-графическое обозначение восьмеричного шифратора.

Глава 5

Мультиплексоры

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:

Рисунок 5.1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах.

Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.