Шифраторы

Шифраторы, называемые также кодерами (в англоязычной литературе - encoder, coder, cipherer), могут осуществить преобразование десятичных чисел (позиционный код) в двоичную систему счисления. В УГО шифраторов на рабочем поле делают помету ENC от англ. ENCODER.

Построим схему шифратора, который при нажиме на клавишу с соответствующим номером (позицией, разрядом) дает на своем выходе двоичный код этого числа. Пусть входной позиционный код имеет восемь разрядов Х_к, где к=0...7 - номер разряда. Тогда выходной двоичный код Y_K должен иметь три разряда: Y₀, Y_1, Y₂. Соответствие между Х_к и Y_K выражается следующей ТИ.

Таблица1 Соответствие между Х_к и Y_K

Из анализа этой таблицы (смотри таблицу 1), напоминающей турнирные таблицы спортивных чемпионатов, видно, что каждый разряд выхода в двоичном коде может быть получен четырехвходовым БЛЭ ИЛИ (OR), причем на его входы должны подаваться сигналы в соответствии с построчной связью единиц в Х_к и Y_K. Например, для самого младшего значащего разряда в двоичном коде Y₀, соответствующего 2°, на входы БЛЭ надо подать сигналы с линий Х_1, Х₃, Х₅ и Х₇. По аналогии нетрудно определить также связи y₁ и Y₂.

Перейдем к построению схемы шифратора.

В программе EWB выберем восемь ключей, источник +5 V, заземление, три четырехвходовых БЛЭ OR и три логических индикатора LED. Проведя необходимые соединения и редактирование, получим схему шифратора с восемью входами и тремя выходами (смотри рисунок 15).

Рисунок- 15. Логическая структура шифратора 8x3 (EWB)

Подобный цифровой узел называется шифратором 8х3. Нажимая на одну из клавиш, видим, как на выходном индикаторе из трех ламп, расположенных упорядоченно по разрядам двоичных чисел, можно прочитать соответствующее двоичное число (не горящий индикатор - 0, горящий - 1). Так, поскольку на рис. 15 нажат ключ 5, то картина на индикаторах такова: Y₃=1, Y₂=0, Y₀=1, что соответствует двоичному числу 101. Нулевой вывод (Х₀) здесь является вырожденным.

Реализация шифраторов на микросхемах

Рассматривая схемы шифраторов, составленные нами из отдельных БЛЭ, и обратившись к библиотеке компонентов программ, можно подобрать цифровые микросхемы, содержащие необходимые элементы, и провести из них сборку виртуальных моделей. Однако это не даст нам ничего нового и вряд ли целесообразно, так как в этих же библиотеках содержатся готовые модели выпускаемых микросхем, Последние обладают также дополнительными возможностями по сравнению с рассмотренными нами упрощенными моделями. В микросхемном исполнении имеются так называемые приоритетные шифраторы, в которых при нажатии на несколько клавиш на выход будет выведен номер большей из них. Для этого микросхема внутри дополняется логикой выбора приоритета.

В программе EWB выбор необходимой микросхемы выполняется из панели Digital пиктограммой открывающей меню библиотечных шифраторов (смотри рисунок. 16,а).

Примером приоритетного шифратора 10*4 может служить микросхема ТТЛ 74147, которую можно использовать в клавиатуре. На рисунке 16,б показана ТИ этой микросхемы, взятая из раздела предметной помощи программы EWB. Нулевая линия (вход) отсутствует как в таблице, так и в последующей схеме: ее роль выполняет информационное заземление. Несмотря на это счет здесь (как, впрочем, и везде в цифровой электронике) ведется, начиная с 0. Поэтому, несмотря на обозначенные девять входов шифратор называется 10х4. Особенностью данной микросхемы в том, что для нее активным является низкий уровень входного сигнала. Поэтому если на входы не подается напряжение низкого уровня, то на всех выходах устанавливается напряжение высокого уровня, соответствующее десятичному числу 0. Когда же на один из входов подается 0, то на выходе формируется двоичный код номера входа. При подаче нуля на несколько входов приоритет отдается входу с высшим номером, а остальные входы игнорируются. Это обстоятельство подчеркнуто в ТИ тем, что в ее левой половине выше нулевой диагонали проставлены косые кресты (безразлично 0 или 1). Так, например, подача 0 на вход 9 приводит к игнорированию всех остальных входов, а выход примет значение 0110, что соответствует в отрицательной логике десятичной цифре 9. Если провести поразрядную инверсию выходного сигнала (с учетом того, что 0'=1 и 1'=0), то получим О'1'1'0'=(1001)₂, т.е. 9₁₀. Сборка шифратора изданной микросхеме показана на рис. 16,в. Как и ранее к выводу VCC подключаем питание; GND - заземляем; NC (No Connection - не соединен) -это холостой вывод; 1-9 - входы; A,B,C,D - выходы. Поскольку выходы являются инверсными, то для зажигания выходных светоизлучающих диодов их аноды подключены к плюсу источника постоянного напряжения, а катоды к соответствующим выводам микросхемы. Появление 0 на выходе, таким образом, соответствует заземлению СИД, и он загорается. На рисунке 16,в показана работа приоритетного шифратора, когда нажаты, т.е. поданы нули на клавиши 3 и 5. Показание индикатора в двоичном коде 0101, т.е. 5₁₀. Число 3 проигнорировано, иначе во втором разряде была бы 1, а не 0.

а)

Рисунок- 16 (начало)

б)

в)

Рисунк-16 (окончание). Приоритетный шифратор 10*4 на микросхеме 74147 (EWB)

При использовании шифраторов в ЦУ часто бывает необходимо их каскадирование. Примером подобного шифратора является приоритетный шифратор 8х3 на микросхеме ТТЛ 74148. В схему вводят один дополнительный вход El (Enable Input) -разрешение входа и два дополнительных выхода: GS (Group Signal) - групповой сигнал и ЕО (Enable Out) - разрешение выхода. Согласно ТИ, показанной на рисунке 17,а, на выходе GS формируется напряжение низкого уровня, если такое напряжение подается на один из входов. На выходе ЕО формируется напряжение низкого уровня, когда на все входы подается напряжение высокого уровня. На вход EI при нормальной работе подается напряжение низкого уровня. Примеры включения приоритетных шифраторов 8x3 микросхемы ТТЛ 74148 показаны на рисунке 17,б.

а)

б)

Рисунок- 17 Приоритетный шифратор 8*3 на микросхеме 74148 (EWB)

Из приведенных рисунков виден смысл функции приоритета: активный низкий уровень здесь подан одновременно на входы 1 и 2, а на выходе в двоичном коде зажигается индикатор Y1 (смотри рисунок 17,а), при этом сигнал с входа 1 игнорируется.