Шифраторы и дешифраторы

1.

Шифраторы и
дешифраторы
Powerpoint Templates
Page 1

2. Шифратор

это комбинационное
устройство, преобразующее
десятичные числа в
двоичную систему
счисления, причем каждому
входу может быть
поставлено в соответствие
десятичное число, а набор
выходных логических
сигналов соответствует
определенному двоичному
коду.
Powerpoint Templates
Page 2

3. Шифратор иногда называют

Шифратор иногда
называют
«кодером» (от англ. coder)
и используют, например,
для перевода десятичных
чисел, набранных на
клавиатуре кнопочного
пульта управления, в
двоичные числа.
Powerpoint Templates
Page 3

4.

Если количество входов
настолько велико, что в
шифраторе используются
все возможные
комбинации сигналов на
выходе, то такой
шифратор
называется полным, если
не все, то неполным.
Если количество входов
настолько велико, что в
шифраторе используются
все возможные
комбинации сигналов на
выходе, то такой
шифратор
называется полным, если
не все, тонеполным.
Число входов и выходов в полном шифраторе
связано соотношением n = 2m, где n —
число входов, m — число выходов.
Число входов и выходов в полном шифраторе
связано соотношением n = 2m, где n —
число входов, m — число выходов.
Так, для преобразования кода кнопочного
пульта в четырехразрядное двоичное
число достаточно использовать лишь 10
входов, в то время как полное число
возможных входов будет равно
16 (n = 24 = 16),
поэтому шифратор 10x4 (из 10 в 4) будет
неполным.
Powerpoint Templates
Page 4

5.

Двоичный
Позиционный код
код
8
7
6
5
4
3
2
1 22 21 20
0
0
0
0
0
0
0
1 0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Шифратор (кодер) - это
преобразователь
0 0
0 1
позиционного кода в
двоичный. В позиционном
0 0
1 0
коде число определяется
позицией единиц в серии
0 0
1 1
нулей, или позицией нуля в
серии единиц. Например, если
в серии десять нулей, имеется
0 1
0 0
вот такой код 0001000000, то
это эквивалентно числу 7 (счет
0 1
0 1
ведется справа налево от
нуля). Такой код служит для
0 1
1 0
включения объектов или
передачи данных на них. Для
0 1
1 1
преобразования позиционного
кода в двоичный составили
Powerpoint Templates
табличку:
Page 5

6.

Для наглядности, единицы, как видно,
располагаются по диагонали. Если
приглядимся к младшему разряду (20),
то видно, что единице соответствуют
единицы в позиционном коде,
соответствующие числам 2, 4, 6, 8
(разрядам). Следовательно, эти
разряды объединяются через схему
ИЛИ. Аналогичные операции
проходят над старшими разрядами. В
результате получим вот такую схему
Powerpoint Templates
Page 6

7.

Если на всех входах — логическая единица, то на
всех выходах также логическая единица, что
соответствует числу 0 в так называемом инверсном
коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется
логический ноль, то состояние выходных сигналов
определяется наибольшим номером входа, на котором
имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на
входах, имеющих меньший номер.
Если на всех входах — логическая единица, то на всех
выходах также логическая единица, что соответствует
числу 0 в так называемом инверсном коде (1111). Если хотя
бы на одном входе имеется логический ноль, то состояние
выходных сигналов определяется наибольшим номером
входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от
сигналов на входах, имеющих меньший номер.
Powerpoint Templates
Page 7

8.

Powerpoint Templates
Page 8

9. Дешифратор-

Дешифраторкомбинационное
устройство,
преобразующее nразрядный двоичный код
в логический сигнал,
появляющийся на том
выходе, десятичный
номер которого
соответствует двоичному
коду.
Powerpoint Templates
Page 9

10.

Число входов и выходов в так называемом
полном дешифраторе связано соотношением m
= 2n, где n —число входов, а т — число
выходов.
Если в работе дешифратора используется
неполное число выходов, то такой дешифратор
называется неполным. Так, например,
дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов,
будет полным, а если бы выходов было только
10, то он являлся бы неполным.
Powerpoint Templates
Page 10

11.

Дешифратор (декодер) - устройство,
преобразующее двоичный код в позиционный
(или иной). Другими словами, дешифратор
осуществляет обратный перевод двоичных чисел.
Единице в каком-либо разряде позиционного кода
соответствует комбинация нулей и единиц в
двоичном коде, а отсюда следует, что для
преобразования необходимо иметь не только
прямые значения переменных, но еще и инверсии.
Посмотрим на схему.
На схеме показаны всего четыре логических
элемента И, хотя их должно быть восемь. Три
инвертора создают инверсии переменных. Линии,
спускающиеся в никуда на самом деле подводят
сигналы прямого и инверсного кода к остальным
четырем элементам И. Если разрядов будет
четыре, то элементы будут четырехвходовыми,
понадобится четыре инвертора и 16 элементов И.
Powerpoint Templates
Page 11

12. Семисегментный дешифратор

Семисегментный код
необходим для
отображения на цифровых
индикаторах значений
цифр от 0 до 9.
Семисегментный, потому
что цифры отображаются
так называемыми
сегментами, которых семь
штук. Ниже приведена
табличка соответствия
между двоичным и
семисегментным кодами
Powerpoint Templates
Page 12

13.

Для управления семисегментными индикаторами
применяются микросхемы дешифраторов,
переводящие четырехбитовый код в семисегментный.
Мы рассмотрим микросхему CD4511, она включает в
себя четырехбитный дешифратор и несколько
буферных каскадов для запуска каждого светодиода.
Имеет мощный выход (до 25мА) и предназначен для
управления индикаторами различных типов. Входные
и выходные уровни сигналов зависят от напряжения
питания и в общем случае соответствуют таковым у
других микросхем серий КМОП-логики.
Powerpoint Templates
Page 13

14.

A,B,C,D – Вход четырехбитового кода.
LT – (Lamp test) Включает все
светодиоды в сегменте. Включение
происходит при лог. 0 а при лог. 1
микросхема работает от входа A,B,C,D.
BI – (Blanking) Гашение. Гашение
происходит при лог. 0 а при лог. 1
микросхема работает от входа A,B,C,D.
LE – (latch enable) Загорания цифры на
сегменте происходит после защёлкивания
данных. При лог лог. 1 данные
защелкнуты и не изменяются а при лог. 0
данные на сегменте меняются мгновенно
при смене кода на входах A,B,C,D.
a,b,c,d,e,f,g – Выхода на сегмент
Vdd, Vss – Питание микросхемы
Powerpoint Templates
Page 14

15.

Powerpoint Templates
Page 15

16. Применение шифраторов

К примеру, представим, что мы держим в руках
обыкновенный калькулятор, которым сейчас
пользуется любой школьник. Поскольку все
действия в калькуляторе выполняются с
двоичными числами, то после клавиатуры стоит
шифратор, который преобразует вводимые числа
в двоичную форму.
Все кнопки калькулятора соединяются с общим
проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе
шифратора, мы тут же получим двоичную форму
данного числа на его выходе.
Конечно же, шифратор калькулятора имеет
большее число входов, так как помимо цифр в
него нужно ввести ещё какие-то символы
арифметических действий, поэтому с выходов
шифратора снимаются не только числа в
двоичной форме, но и команды.
Если рассмотреть внутреннюю структуру
шифратора, то несложно убедиться, что он
выполнен на простейших базовых логических
элементах.
Во всех устройствах управления, которые
работают на двоичной логике, но для удобства
оператора имеют десятичную клавиатуру,
используются шифраторы.
Powerpoint Templates
Page 16

17. Применение дешифраторов

Они могут преобразовывать двоичный код в разные
системы счисления (десятичную, шестнадцатиричную
и пр.). Всё зависит от конкретной цели и назначения
микросхемы.
Простейший пример. Вы не раз видели цифровой
семисегментный индикатор, например, светодиодный.
На нём отображаются десятичные цифры и числа к
которым мы привыкли с детства (1, 2, 3, 4...). Но, как
известно, цифровая электроника работает с
двоичными числами, которые представляют
комбинацию 0 и 1. Что же преобразовало двоичный
код в десятичный и подало результат на цифровой
семисегментный индикатор? Наверное, вы уже
догадались, что это сделал дешифратор.
Powerpoint Templates
Page 17

18.

Работу дешифратора можно оценить вживую, если собрать
несложную схему, которая состоит из микросхемы-дешифратора
К176ИД2 и светодиодного семисегментного индикатора, который
ещё называют «восьмёркой». Взгляните на схему, по ней легче разобраться,
как работает дешифратор. Для быстрой сборки схемы можно использовать
Беспаечную манетную платуМикросхема К176ИД2 разрабатывалась для
управления 7-ми сегментным светодиодным индикатором. Эта микросхема
способна преобразовать двоичный код от 0000 до 1001, что соответствует
десятичным цифрам от 0 до 9 (одна декада). Остальные, более старшие комбинации просто не
отображаются. Выводы C, S, K являются вспомогательными. У микросхемы К176ИД2 есть четыре
вход (1, 2, 4, 8). Их ещё иногда обозначают D0 – D3. На эти входы подаётся параллельный
двоичный код (например, 0001). В данном случае, двоичный код имеет 4 разряда. Микросхема
преобразует код так, что на выходах (a – g) появляются сигналы, которые и формируют
на семисегментном индикаторе
десятичные цифры и числа,
к которым мы привыкли.
Так как дешифратор
К176ИД2 способен отобразить
десятичные цифры в интервале
от 0 до 9, то на
индикаторе мы
увидим только их.
Powerpoint Templates
Page 18

19.

Дешифратор на базе технологии ТТЛ - К155ИД1
использовался в своё время для управления
газоразрядным цифровым индикатором типа ИН8,
ИН12, которые были очень востребованы в 70-е годы,
так как светодиодные низковольтные индикаторы ещё
были очень большой редкостью.
Всё изменилось в 80-е годы. Можно было свободно
приобрести семисегментные светодиодные матрицы
(индикаторы) и среди радиолюбителей прокатился бум
сборки электронных часов. Самодельные электронные
часы не собрал для дома только ленивый.
Powerpoint Templates
Page 19

20. мультиплексоры и демультиплексоры

Powerpoint Templates
Page 20

21.

Powerpoint Templates
Page 21

22.

• Мультиплексор -- комбинационное
устройство, предназначенное для
подключения одного из n информационных
входов к единственному выходу.
Мультиплексор имеет адресные входы, на
которые подается в параллельном коде
адресное слово. Между количеством
информационных входов и разрядностью
адресного слова существует однозначное
соотношение , где: n -- количество
информационных входов, k -- количество
разрядов адресного слова.
Powerpoint Templates
Page 22

23.

• Структурная схема мультиплексора.
Powerpoint Templates
Page 23

24.

• В ее состав входят:
1. дешифратор D1(выходы активны
высоким уровнем),
2. логические элементы 2И,
выполняющие функции ключей,
логический элемент 4ИЛИ.
Powerpoint Templates
Page 24

25.

Дешифратор имеет активный уровень только
на одном из выходов, номер активного
выхода определяется значением адреса А0,
А1. Сигнал высокого уровня с выхода
дешифратора разрешает прохождение
информационного сигнала через один
элемент 2И. На выходах других элементов 2И
будет нулевой уровень и, следовательно, на
выходе элемента 4ИЛИ будет сигнал
прошедший через элемент 2И. При
изменении адресного слова будет меняться
открываемый элемент 2И.
Powerpoint Templates
Page 25

26.

Таким образом, изменяя адресное
слово можно изменять разряды
информационного слова подключаемые
к единственному выходу.
Powerpoint Templates
Page 26

27.

• Если выходную переменную
мультиплексора обозначить y, а
информационные входные Х , то
функционирование мультиплексора
может быть описано уравнением
• ,
• где:
вектор строка входных
переменных; Z- селекторная матрица,
получаемая из адресного слова по
уравнениям дешифрации.
Powerpoint Templates
Page 27

28.

Powerpoint Templates
Page 28

29.

• Полученное логическое уравнение,
описывающее работу мультиплексора,
показывает, что мультиплексор -- это
универсальное логическое устройство.
Powerpoint Templates
Page 29

30. демультиплексор

• Используем половину
микросхемы А.
• На входы 1 и 2 подадим
разряды адресного
слова, соответственно
X0 и X1. На входы
стробирования 1А и 2А
подадим
соответственно:
входные данные и Y.
Powerpoint Templates
Page 30

31.

• Второй дешифратор будет в нерабочем
состоянии, так как его входы
стробирования никуда не подключены,
а это соответствует подачи на них
высокого уровня напряжения. Входы
стробирования для дешифратора В
активны низким уровнем, а на них
подан высокий уровень, и,
следовательно, дешифратор не
работает.
Powerpoint Templates
Page 31

32.

при Y=1 разрешена работа и выполняется
демультиплексирование,
- при Y=0 работа микросхемы запрещена,
- при X0=X1=0 входная информация DI появляется на выходе
А0,
- при X0=1 и X1=0 входная информация на выходе А1,
- при X0=0 и X1=1 входная информация на выходе А2,
- при X0=1 и X1=1 входная
информация
Powerpoint
Templates на выходе А3.
Page 32

33.

• Таким образом, изменяя состояния
адресных переменных X0 и X1
осуществляется разнос входной
информации на один из выходов
микросхемы -- осуществляется
операция демультиплексирования.
• Следовательно, любой дешифратор,
имеющий вход стробирования может
быть использован в качестве
демультиплексора.
Powerpoint Templates
Page 33

34.

Powerpoint Templates
Page 34

35.

Спасибо
за
внимание!
Powerpoint Templates
Page 35