В компьютеризированных системах управления, ЭВМ и цифровой технике одними из важнейших элементов построения электронных микросхем являются дешифраторы. Так, дешифратор (или декодер) – это логическое комбинационное устройство, служащее для преобразования двойного двоичного кода в сигнал управления в десятичной системе исчисления на одном из выходов.
Принцип работы дешифратора
Обычно дешифратор имеет n-входов и 2n выходов, при этом n — разрядность дешифрируемого кода. Определенной комбинации на входе соответствует активный сигнал на одном из выходов, или при сигнале «00» — мы имеем «1» на нулевом выходе схемы; при «01» имеем — «1» на первом выходе, сигнал «10» трансформируется в 1 – на втором выходе и т.д. Другими словами, эти элементы схем могут преобразовывать двоичный код в различные системы исчисления (это может быть десятичная, шестнадцатеричная и пр.), поскольку все зависит от конкретной задачи, выполняемой микросхемой.
В стандартные типы дешифраторов входят модели на 4, 8 и 16 выходов, при этом на выходе — 2, 3 и 4 разрядов входного кода. Входы дешифраторов называют часто адресными, и на схемах нумеруют 1,2,4,8, при этом цифра соответствует весу двоичного кода. Сигнал на выходе 1,2,4,8 устанавливает номер активного выхода. С1,С2 – входы разрешения (или стробирования), которые работают с условием «и». Сигнал на этом входе сообщает о моменте срабатывания дешифратора. Также их можно использовать для увеличения разрядности логических устройств.
Основные разновидности дешифратора
Существует несколько разновидностей дешифраторов:
— прямоугольные;
— матричные;
— пирамидальные.
Матричные являются типовыми, наиболее простыми разновидностями дешифраторов, на их основе строятся различные более сложные схемы. В прямоугольных реализуется ступенчатая дешифрация. Входной сигнал условно разбивается на группы, каждая из которых обрабатывается отдельными матричными дешифраторами. На последующих ступенях дешифрации (второй, третьей и т.п.) формируется произведение полученных сигналов. Главным преимуществом пирамидальных дешифраторов считается простота наращивания числа входов, а недостатком – аппаратная неизбыточность.
Особенности дешифраторов
Выпускают дешифраторы по виду интегральных микросхем. К примеру, К500ИД162М – позволяет трансформировать двоичный код в восьмеричный. Другие типы дешифраторов могут преобразовывать двоичное исчисление в десятеричное (К176ИД1 и К155ИД1). Отечественной промышленностью выпускаются дешифраторы со счетчиками, они позволяют управлять семисегментными цифровыми индикаторами. На микросхемах их обычно обозначают буквенным сочетанием ДИ.
Принцип работы дешифратора
Дешифраторы используются для преобразования двоичных чисел в десятичные числа и находят применение в печатающих устройствах. В таких устройствах двоичное число, поступая на вход дешифратора, вызывает появление десятичного числа только на одном определённом его выходе. На рис.9.11 приведено символическое изображение дешифратора и его таблица истинносити. Символ DC образован от английского слова Decoder. Слева показаны входы, на которых отмечены весовые коэффициенты двоичного кода, справа выходы десятичных чисел. На каждом входе образуется десятичное число при определенных комбинациях входного кода.
Рис.9.11. Символическое изображение дешифратора и его таблица истинности
Рассмотрим построение дешифратора по его таблице истинности.
Значения входных переменных определяются логическими выражениями:
y0 =8^
4^
2^
1,
y1 =8^
4^
2^ x 1,
y2 =8^
4^ x2 ^
1,
y3 =8 ^
4^ x2 ^ x1,
y4 =8 ^x4 ^
2 ^
1, (9.1)
y5 =8 ^ x4^
2 ^ x1,
y6 =8 ^ x4^ x2 ^
1,
y7 =8 ^ x4^ x2 ^ x1,
y8 = x8 ^4^
2^
1,
y9 = x 8 ^4 ^
2^ x 1.
Используя логические выражения (9.1), построим логическую схему дешифратора.
На рис.9.12 показана логическая схема дешифратора, построенного на логических элементах И и инверторах НЕ.
Рис.9.12. Логическая схема дешифратора
Дешифраторы и индикаторы
Для удобства использования оператором число, записанное в регистре или счетчике в двоичной системе необходимо перевести в удобную форму записи в виде арабских цифр. Данная операция производится с помощью дешифраторов, которые превращают двоичную запись так, чтобы на каком – либо индикаторе отображалась та или другая цифра. Рассмотрим для начала принцип построения индикаторов.
Рассмотрим на примере жидкокристаллического индикатора, который широко применяется в микрокалькуляторах, электронных часах и прочих устройствах. Схема этого индикатора приведена ниже:
Под действием электрического поля сем элементов, которые создают цифру «8», путем изменения своей прозрачности. Если к примеру, подать напряжение между элементом 0 и тремя соединенными вместе элементами 2,3,5, получим цифру 7, при соединении вместе элементов 3 и 5 получим 1. При различных комбинациях будет получать различные цифры на табло.
В цифровых вольтметрах и прочих лабораторных установках широко применяют газоразрядные индикаторы, показанные ниже:
В стеклянном баллоне содержится цилиндрический металлический анод, внутри которого на двух изолированных стойках набраны электроды с тонкого металлического провода в виде цифр от нуля до девяти (на рисунке выше показаны только четыре первых). Баллон заполняют инертным газом, например неоном. Если приложить между анодом и каким – то из этих электродов напряжение (минус к цифре из провода), то в колбе появится тлеющий разряд, во время которого поверхность катода (то есть цифры) будет ярко гореть. Электроды, на которые напряжение не подано, обычно не светятся, но так как они выполнены из тонкой проволоки они не будут мешать видеть через стекло ту цифру, которая в данный момент светится. Устройство, которое будет подавать логическую единицу на нужный электрод и будет называться дешифратором.
Одна из возможных схем дешифратора приведена ниже:
Слева вертикально размещены триггеры двоично – десятичного счетчика. Каждый из триггеров имеет два выхода – прямой и инверсный (
и
в первом,
и
во втором и так далее ). Сверху изображен горизонтальный ряд логических элементов типа «И», которые имеют по четыре входа каждый. Их выходы (X0, Х1 и так далее) соединены с соответствующими электродами газоразрядного индикатора. Схема должна работать таким образом, чтоб при наличии на триггере счетчика конкретного числа логическая единица была только на выходе того элемента, что соединен с соответствующим электродом индикатора, а на входах других элементов (то есть и на других электродах индикатора) должны быть логические нули.
Приведенная выше схема соединения (с учетом пунктирных связей) обеспечивает данные требования. Так, при записи в триггерах цифры 5 (в двоичном коде 0101), на выходе первого разряда будем иметь
, другого разряда
, третьего
, четвертого
.
Внимательно присмотревшись к схеме соединения увидим, что у всех логических элементов кроме пятого, хоть на одном из четырех входов будет ноль, а поэтому и на их выходах будут нули, и только у пятого элемента на всех четырех входах будут единицы. Можно убедится, что и при других цифрах в счетчике логическая единица будет только на соответствующем электроде индикатора. Стоит учесть, что дешифратор построен для счетчиков с естественным порядком подсчета.
Оставить комментарий: