дешифратор предназначен для чего
Принцип работы дешифратора
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:
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:
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 (
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
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.
Электроника
учебно-справочное пособие
Дешифраторы
Дешифраторы решают следующие задачи:
Дешифраторы выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в составе других микросхем. В настоящее время десятичные или восьмеричные дешифраторы используются в основном как составная часть других микросхем, таких как мультиплексоры, демультиплексоры, ПЗУ или ОЗУ.
Дешифратор n-разрядного двоичного числа имеет выходов. Дешифратор называется полным, если он имеет количество выходов m, связанных с количеством разрядов n входного двоичного числа следующим соотношением:
Дешифратор, у которого при n входах число выходов меньше 2n ( m n ), называется неполным.
Преобразование производится по правилам, описанным в таблицах истинности. Для построения дешифратора можно воспользоваться правилами построения схемы для произвольной таблицы истинности.
Обычно, указанный в схеме номер вывода дешифратора соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода, подаваемого на вход дешифратора в качестве входных переменных, вернее сказать, что при подаче на вход устройства параллельного двоичного кода на выходе дешифратора появится сигнал на том выходе, номер которого соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода. Отсюда следует то, что в любой момент времени выходной сигнал будет иметь место только на одном выходе дешифратора. В зависимости от типа дешифратора, этот сигнал может иметь как уровень логической единицы (при этом на всех остальных выходах уровень логического 0), так и уровень логического 0 (при этом на всех остальных выходах уровень логической 1). В дешифраторах каждой выходной функции соответствует только один минтерм, а количество функций определяется количеством разрядов двоичного числа. Если дешифратор реализует все минтермы входных переменных, то он называется полным дешифратором (в качестве примера неполного дешифратора можно привести дешифратор двоично-десятичных чисел).
Обозначение дешифраторов на принципиальных схемах показано на рис. 1.
 | ||
 |  |  |
| а) | б) | в) |
Линейный (одноступенчатый) дешифратор
Данный дешифратор используется, если на его вход подаётся двоично-десятичный код только в прямой форме. Схема такого дешифратора состоит из входных элементов “И-НЕ” и выходных схем “И”.
| Входы | Выходы | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 4 | 2 | 1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
В соответствии с принципами построения произвольной таблицы истинности по произвольной таблице истинности получим схему дешифртора, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 1. Эта схема приведена на рисунке 2.
Как видно на этой схеме для реализации каждой строки таблицы истинности потребовалась схема «4И». Схема «ИЛИ» не потребовалась, так как в таблице истинности на каждом выходе присутствует только одна единица.
Точно так же можно получить схему для любого другого дешифратора.
Функциональная схема дешифратора на 16 выходов приведена на рисунке 3. Для преобразования сигнала необходимо на входы V1 и V2 микросхемы подать сигналы логических нулей.
Пусть на входе дешифратора присутствует двоичное число 1111. В этом случае на всех пяти входах элемента DD1.15 будут сигналы логических единиц, а на выходе этого элемента будет логический нуль. На выходах всех остальных 15 элементов будут сигналы логических единиц. Если хотя бы на одном из входов V логическая единица, то единицы будут на всех 16 выходах.
На рис. 4 представлен интегральный дешифратор К155ИД3. Входы E0 и E1 являются разрешающими. При наличии на них напряжения низкого уровня на одном из выходов дешифратора 0-15 также имеется напряжение низкого уровня, причем номер этого выхода является эквивалентом двоичного числа, поданного на входы 1, 2, 4, 8. Так, при подаче кодовой комбинации входных сигналов 0110 в активном состоянии будет выход 6 (вывод 7) При этом на всех остальных выходах будет напряжение высокого уровня. Если же на входы E0, E1 подать напряжение высокого уровня, то такое же напряжение будет на всех выходах дешифратора. Поэтому входы E0, E1 называют разрешающими или стробирующими.
К преимуществу линейных дешифраторов можно отнести простоту схемы и высокое быстродействие, поскольку входные переменные одновременно поступают на все элементы И. Одновременно, без дополнительных задержек, формируется и результат на выходах этих элементов.
К недостаткам следует отнести:
Пирамидальные дешифраторы
Пирамидальные дешифраторы позволяют реализовать схему на базе только двухвходовых элементов логического умножения (конъюнкции). Принцип построения этих дешифраторов состоит в том, что сначала строят линейный дешифратор для двухразрядного числа X1, X2, для чего необходимы 2 2 =4 двухвходовые схемы И. Далее, каждая полученная конъюнкция логически умножается на входную переменную X3 в прямой и инверсной форме. Полученная конъюнкция снова умножается на входную переменную X4 в прямой и инверсной форме и т.д. Наращивая таким образом структуру, можно построить пирамидальный дешифратор на произвольное число входов.
На рис. 5 приведена реализация дешифратора 3×8. Схема этого дешифратора состоит только из схем «И». Но на входы этой схемы должен подаваться только двоичный код числа как в прямом, так и в инверсном виде.
Для построения такого дешифратора потребуется 12 двухвходовых элементов 2И и три инвертора (на схеме не показаны). Пирамидальные дешифраторы при больших количествах входных переменных позволяют несколько упростить конструкцию устройства, т.е. уменьшить количество интегральных микросхем.
Семисегментный дешифратор
Для отображения десятичных и шестнадцатеричных цифр часто используется семисегментный индикатор. Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов приведено на рисунке 6.
Для изображения на таком индикаторе цифры 0 достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f. Для изображения цифры ‘1’ зажигают сегменты b и c. Точно таким же образом можно получить изображения всех остальных десятичных или шестнадцатеричных цифр. Все комбинации таких изображений получили название семисегментного кода.
Составим таблицу истинности дешифратора, который позволит преобразовывать двоичный код в семисегментный. Пусть сегменты зажигаются нулевым потенциалом. Тогда таблица истинности семисегментного дешифратора примет вид, приведенный в таблице 1. Конкретное значение сигналов на выходе дешифратора зависит от схемы подключения сегментов индикатора к выходу микросхемы.
| Входы | Выходы | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 4 | 2 | 1 | a | b | c | d | e | f | g |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
В соответствии с принципами построения произвольной таблицы истинности по произвольной таблице истинности получим принципиальную схему семисегментного дешифратора, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 1. На этот раз не будем подробно расписывать процесс разработки схемы. Полученная принципиальная схема семисегментного дешифратора приведена на рисунке 7.
Для облегчения понимания принципов работы схемы на выходе логических элементов «И» показаны номера строк таблицы истинности, реализуемые ими.
Например, на выходе сегмента ‘a’ логическая единица появится только при подаче на вход комбинации двоичных сигналов 0001 (1) и 0100 (4). Это осуществляется объединением соответствующий цепей элементом «2ИЛИ». На выходе сегмента ‘b’ логическая единица появится только при подаче на вход комбинации двоичных сигналов 0101 (5) и 0110 (6), и так далее.
В настоящее время семисегментные дешифраторы выпускаются в виде отдельных микросхем или используются в виде готовых блоков составе других микросхем. Условно-графическое обозначение микросхемы семисегментного дешифратора приведено на рисунке 8.
В качестве примера семисегментных дешифраторов можно назвать такие микросхемы отечественного производства как К176ИД3. В современных цифровых схемах семисегментные дешифраторы обычно входят в состав больших интегральных схем.
Cинтез дешифратора
| Х2 | Х1 | Х0 | Y0 | Y1 | Y2 | Y3 | Y4 | Y5 | Y6 | Y7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Как следует из таблицы состояния, каждой функции соответствует только один минтерм, следовательно, не требуется минимизировать эти функции (рис. 9).
Из полученных уравнений и схемы дешифратора следует, что для реализации полного дешифратора на m входов (переменных) потребуются n = 2 m элементов конъюнкции (количество входов каждого элемента “И” равно m) и m элементов отрицания.
Двухступенчатые дешифраторы на интегральных микросхемах
Пример дешифратора для пятиразрядного двоичного кода. Каждый дешифратор выполнен с управляющими входами, объединенными конъюнктивно. При выполнении условия конъюнкции на выходе, номер которого соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода, появится уровень логического “0”. В противном случае все выходы находятся в состоянии логической единицы (рис. 10). Как следует из рис. 6, пятиразрядный дешифратор, имеющий 32 выхода, выполнен на базе четырех дешифраторов с использованием лишь одного дополнительного инвертора, что достигнуто благодаря наличию входной управляющей логики каждой интегральной микросхемы. Нетрудно заметить, что входная логика дешифраторов КР1533ИД7 позволяет реализовать функцию дешифратора 2×3 без дополнительных элементов, а полного дешифратора 2×4 с использованием одного инвертора.
