Теоретические сведения

Принцип работы и методы синтеза кодирующих и декодирующих устройств (шифраторов и дешифраторов) приведены в книгах (4,6,7).

Кодерами (шифраторами) и декодерами (дешифраторами) называются устройства для преобразования входных кодов в выходные. Наиболее часто используются двоичные кодеры и декодеры.

Двоичные кодеры преобразуют код ”1 из N” в двоичный код. При подаче уровня логической единицы на один из N входов кодера на его выходах формируется двоичный код, отображающий номер этого входа (на других входах кодера при этом имеется уровень логического нуля). Существуют кодеры, у которых на один из входов подается уровень логического нуля, на остальных входах кодера – уровень логической единицы.

Одно из основных применений кодера – ввод данных с клавиатуры, при котором нажатие клавиши с десятичной цифрой должно приводить к передаче в устройство двоичного кода данной цифры.

Полный кодер имеет N входов и n выходов, причем N=2ⁿ.

Двоичным декодером называется цифровое логическое устройство, преобразующее двоичный входной код в выходной код ”1 из N”. Каждому значению двоичного кода на входах декодера соответствует уровень логической единицы на одном из N выходов, номер которого соответствует данному двоичному коду. На остальных выходах декодера имеется уровень логического нуля. Существуют декодеры, где на “выбранном” выходе имеется уровень логического нуля – на остальных выходах уровень логической единицы. Полный декодер имеет n входов и N выходов, причем N = 2ⁿ.

Декодер используют, как правило, для преобразования двоичного кода числа в сигнал управления (“0” или “1”) на соответствующей шине теми или иными устройствами.

Рассмотрим пример построения двоичного кодера для входного кода “1 из 3“.

Таблица истинности кодера имеет вид:

Таблица 2 – Таблица истинности кодера

ВХОДЫ	ВЫХОДЫ
а1	а0
F0 F1 F2 F3

Запишем уравнение кодера:

a₀ = F₁ F₃

a₁ = F₂ F₃

Для реализации кодера на элементах “И–НЕ” выразим полученные соотношения через операцию “И –НЕ” с помощью закона Де – Моргана.

Тогда:

На основании полученных выражений строится кодер, показанный на рис.8.1.

Рисунок 8.1

В исходном “невозбужденном” состоянии все входы 1,2,3 находятся в состоянии логического нуля. При подаче на один из входов уровня логической единицы на выходах а₀, а₁ появится двоичный код, соответствующий десятичному номеру “возбужденного” входа. Аналогично строятся кодеры с любым количеством входов.

Таблица истинности двоичного декодера на два входа имеет вид:

Таблица 3 – Таблица истинности двоичного декодера

ВХОДЫ	ВЫХОДЫ
a1	А0	F0	F1	F2	F3

Логические уравнения выходов декодера имеют вид:

На основе полученных уравнений строится схема декодера.

Рисунок 8.2

Каждой двоичной комбинации на входах а₀,а₁ соответствует уровень логической единицы на одном из выходов F₀ – F₃. Аналогично строятся декодеры на большое количество входных двоичных разрядов. В лабораторном стенде используются интегральные декодеры К155ИД7. Входной трехразрядный двоичный код поступает на входы А₀ – А₂. Декодер имеет 8 выходов.

Особенность декодера: исходное состояние всех выходов декодера – “1”. Каждому входному двоичному коду соответствует уровень логического нуля на одном из восьми выходов декодера, на остальных выходах при этом присутствует уровень логической единицы.

Входы &E разрешают работу декодера. На верхний вход разрешения подается уровень логической единицы, на нижние входы разрешения подается уровень логического нуля. При других комбинациях уровней напряжений на этих входах напряжение на всех его выходах равно уровню логической единицы.

На рис.8.3,8.4 приведена схема параллельной работы двух декодеров и временные диаграммы их работы.

Рисунок 8.3 - Схема параллельной работы двух дешифраторов

Рисунок 8.4 - Временная диаграмма параллельной работы двух дешифраторов

Рисунок 8.5 - Схема управления декодерами

Рисунок 8.6 - Временная диаграмма работы схемы управления декодерами

На рис.8.5 показана схема управления работы двух декодеров К155ИД7 при декодировании четырехразрядного двоичного кода. Принцип работы схемы: первые семь входных импульсов декодируются декодером DD2, работа декодера DD3 при этом запрещена по верхнему входу разрешения. После прихода восьмого импульса работа декодера DD2 запрещается по инверсному входу разрешения, а декодера DD3 разрешается по прямому входу разрешения.

Работа устройства ясна из временных диаграмм, изображенных на рис.8.6.

Задание и порядок выполнения работы и проведения исследований

1 Подготовка к работе.

1.1 Изучить принципы работы, методы синтеза кодирующих и декодирующих устройств, выполненных на основе интегральных микросхем. Составить логические уравнения и схемы кодеров и декодеров (количество входов по указанию преподавателя). Изучить справочные данные интегральных кодеров и декодеров ТТЛ и КМОП-структуры (К155ИД1, ИД3, ИД4, К561ИД1, ИД4).

Составить таблицу истинности, логическое уравнение и схему кодера для входного кода ”1 из 3” на элементах “ИЛИ” и “И-НЕ”.

Изучить паспортные данные интегрального декодера К155ИД7, составить схему параллельной работы двух декодеров и схему управления работой двух декодеров, используемую при необходимости увеличения количества декодируемых входных двоичных разрядов. Построить для указанных схем временные диаграммы работы.

Изучить схемы использования декодеров с различными элементами отображения цифровой и буквенной информации (цифровые неоновые индикаторы, светодиоды и светодиодные матрицы, вакуумные люминесцентные жидкокристаллические индикаторы – по указанию преподавателя).

2 Проведение исследований.

2.1 Из элементов, имеющихся на стенде, собрать схему кодера для входного кода ”1 из 3” на элементах ”И-НЕ” и проверить правильность ее функционирования.

2.2 Собрать поочередно схемы параллельной работы двух декодеров, имеющихся на стенде, и схему управления работой двух декодеров К155ИД7 при декодировании 4-х разрядного двоичного кода. Снять осциллограммы и построить временные диаграммы работы указанных схем.

2.3 Собрать схему распределителя импульсов с использованием декодеров с количеством выходов от 3 до 15 (по указанию преподавателя) в циклическом и старт-стопном режиме.