32. Шифраторы и дешифраторы

В схемах автоматического управления и вычислительной техники часто возникает задача, когда по одному сигналу нужно включить соответствующую совокупность элементов. Например, в схеме управления работой семисегментного индикатора при поступлении сигнала, соответствующего цифре 3, должны включиться пять светодиодов: при поступлении сигнала, соответствующего цифре 4, должны включиться четыре светодиода: (см. рис. 138). При этом три светодиода — с и являются общими для этих двух схем. Логическая операция по выбору нужного набора элементов, соответствующих управляющему сигналу, осуществляется схемой шифратора или кодера. Эта схема используется также для перевода десятичных чисел в двоичные, например по сигналу 3 должен появиться двоичный код по сигналу 4 — двоичный код 100 и т. д. Обратную логическую операцию осуществляет схема дешифратора или декодера. Шифратор и дешифратор являются типовыми узлами ЭВМ. В дешифраторе определенной комбинации двоичных сигналов, поступающих на вход, соответствует определенный сигнал на выходе. Логика работы этих типовых узлов определяется правилами перевода десятичных чисел в двоичные и обратно. Для примера возьмем трехразрядные двоичные числа.

На основании этих правил, которые мы подробно рассматривав ли в § 27, можно установить, из каких элементов должна состоять электрическая схема шифратора. Для ввода десятичных чисел будем использовать кнопки или выключатели, а для индикации двоичных чисел на выходе применим лампы накаливания. Число кнопок определяется числом сигнальных ламп. Для трехзначного

двоичного кода кнопок должно быть восемь, при четырех лампочках — шестнадцать и т.д., в соответствии с формулой: где число двоичных разрядов, десятичное число.

Установим правила включения сигнальных ламп, обозначим их при нажатии кнопок, которые обозначим Кнопку не нужно включать в цепь, так как при ее нажатии не загорается ни одна из ламп. При нажатии кнопки должна загореться только одна лампа соответствующая младшему разряду двоичного числа. Эта лампа должна включаться и при нажатии каждой из кнопок соответствующих нечетным десятичным числам. Условия включения лампы такие же, как в логическом элементе ИЛИ на четыре входа (рис. 143, а). Лампа включается при нажатии каждой из кнопок или (рис. 143, в). Аналогично составляется схема включения лампы при нажатии кнопок или (рис. Нетрудно заметить, что схемы включения каждой из ламп моделируют логическую операцию ИЛИ на четыре входа.

Полная схема шифратора получается путем объединения трех схем (рис. Пример подобного объединения схем для включения ламп показан на рисунке На этой схеме легко показать назначение диодов (подобный вопрос возникал в § 28). При нажатии, например, на кнопку должна загореться только лампа если бы не было диода или если он пробит, то одновременно с ней включилась бы и лампа Полная схема шифратора на три двоичных разряда в более удобном для чтения виде показана на рисунке 144. По такому же принципу составляются схемы шифраторов для большого числа двоичных разрядов, а также шифраторы для включения элементов сегментных индикаторов.

В дешифраторе или декодере для ввода двоичных чисел удобно использовать переключатели, одно положение которых условно принимается за нулевое, а другое — за единичное. Для индикации десятичных чисел применим лампы накаливания или светодиоды. Правила включения индикаторов устанавливаются так же, как и в ранее рассмотренном примере. В трехразрядном дешифраторе должно быть три переключателя ввода двоичных чисел и восемь индикаторов.

Принцип действия дешифратора удобно показать на примере электрической схемы, основной частью которой являются многоконтактные переключатели (рис. 145). Когда все три переключателя находятся в исходном положении, принимаемом за нулевое, то загорается лампа с индексом 0. Перевод переключателя первого, младшего разряда в единичное положение приводит к

(кликните для просмотра скана)

Рис. 145. Дешифратор на переключателях

Рис. 146. Часть схемы диодного дешифратора, предназначенная для включения светодиодов

загоранию лампы с индексом 1. Цепи питания других ламп при этом разорваны. Перевод в единичное состояние только второго переключателя вызовет включение лампы с индексом 2, только третьего — лампы всех трех переключателей — лампы При изготовлении этого устройства может встретиться одна трудность — отсутствие многоконтактных переключателей. Вместо них можно использовать контактные группы электромагнитных реле.

Рассмотрим теперь, как работает электронный дешифратор. Определим, например, каково условие включения индикатора, соответствующего десятичной цифре 1. Светодиод загорится только в том случае, если переключатель находится в положении 1, а переключатель и переключатель в нулевых положениях, что соответствует двоичному коду 001. Очевидно, что условие включения светодиода реализуется диодным логическим элементом И на три входа. Аналогично составляются схемы включения других индикаторов (рис. 146).

В настоящее время шифраторы и дешифраторы изготовляют в виде интегральных микросхем. Примером может служить микросхема предназначенная для преобразования четырехразрядных двоичных чисел в десятичные. Она имеет четыре входа для подачи двоичных чисел и шестнадцать выходов для индикации десятичных чисел. Условное обозначение и внешний

Рис. 147. Условное обозначение и внешний вид микросхемы

вид этой микросхемы показаны на рисунке Входы используются для подачи разрешающих сигналов, которые также называются стробирующими. Разрешающие сигналы имеют! нулевой уровень, если сигнал 1 подается хотя бы на один из входов, то дешифрование прекращается.

Существуют микросхемы, в которых шифратор и дешифратор] объединены. Например, микросхема предназначена включения десятичных цифр семисегментного индикатора по двоичному коду, поступающему на ее входы. Она имеет четыре входа дешифратора и семь выходов шифратора, к которым подключаются катоды светодиодов. Конструкция корпуса и условное изображение микросхемы показаны на рисунке Вход 1 используется для подачи единичного разрешающего сигнала. При нулевом сигнале индикация гасится.

Микросхемы могут быть использованьй также и для изготовления учебно-наглядных пособий по тике и вычислительной технике.

(см. скан)

(см. скан)

Рис. 148. Условное обозначение (а) и внешний вид микросхемы К514ИД2 (б)

Рис. 149. Схема включения цифры О семисегментного индикатора

(см. скан)

Рис. 150. Учебная модель шифратора для семисегметного индикатора

Рис. 151. Учебная модель дешифратора на основе микросхемы К155ИДЗ

Рис. 152. Учебная модель на микросхеме

(см. скан)