Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теоретические сведения

Устройства, оперирующие с двоичной (дискретной) информацией, подразделяются на два класса - комбинационные и последовательные (временные).

Цифровые комбинационные устройства характеризуются отсутствием запоминающих устройств. Сигналы на выходах комбинационных устройств в любой момент времени однозначно определяются сочетанием сигналов на входах и не зависят от предыдущих состояний. Схемными признаками таких устройств является отсутствие цепей обратной связи, т.е. замкнутых петель, для прохождения сигналов с выходов на входы.

Комбинационные устройства характеризуются большим разнообразием, однако среди них можно выделить ряд типовых, наиболее часто встречающихся на практике. К ним относятся дешифраторы, шифраторы, преобразователи кодов и другие.

1.1 Шифраторы

Шифратором называется комбинационное устройство, преобразующее унитарный код, подаваемый на входные шины, в соответствующий код на выходных шинах.

Таким образом, шифраторы или кодер (СД) выполняют функцию, обратную функции, выполняемой дешифратором. Если с выходных шин шифратора снимается разрядный код, то максимальное число входных шин определяется числом возможных кодовых комбинаций и составляет 2n.

Шифратор может использоваться для отображений в виде двоичного кода номера нажатой кнопки или клавиши.

Рассмотрим в качестве примера синтез шифратора с пятью входами, преобразующего унитарный вход в двоичный. Фрагмент таблицы истинности этого шифратора приведен в виде

На остальных наборах входных переменных выходные функции имеют безразличные значения.

Уравнения, описывающие функции F1, F2 и F3 наиболее удобно представить в следующем виде:

F1=x5 +хЗ+х1; F2=х4+х1; FЗ =х2+х1.

Наиболее просто шифраторы реализуются на диодной логике. Так, для приведенного примера диодный шифратор должен иметь пять входных и три выходных шины, причем каждая шина входная шина соединяется через диоды с выходными в соответствии с этими уравнениями (см. рис. 1) или непосредственно по таблице истинности (табл. 3).

Таблица 3

Рис. 1. Схема диодного шифратора

Если шифраторы, разрабатываемые на логических элементах, преобразуют унитарный выходной код практически в любой выходной параллельный вход соответствующей разрядности, то шифраторы, выполненные в виде микросхем, как правило, преобразуют сигнал, поданный только на один вход (например, 9) в выходной параллельный двоичный код (в данном случае 1001).

В микросхемах шифраторов для того, чтобы он откликался на сигнал только одного входа, его вход делают приоритетным. Тогда выходной код должен соответствовать номеру «старшего» входа, получившего сигнал.

Приоритетный шифратор входит в состав большинства цифровых серий микросхем.

Предположим, что активные уровни поступили на входы с номерами 3,4 и 9. Старший по номеру здесь 9, он обладает приоритетом, поэтому выходной код шифратора 1001.

Кроме кодирования номера нажатой клавиши или положения многопозиционного переключателя шифраторы применяются для определения номера устройства, подавшего сигнал запроса на обслуживание в микропроцессорных системах. Они входят в состав микросхем-контроллеров прерываний, например КР580ВН59.

1.2 Дешифраторы

Дешифратор (декодер) - это комбинационное устройство с несколькими входами и выходами, у которого определенным комбинациям входных сигналов соответствует активное состояние одного из выходов. В условном обозначении на принципиальных схемах в основном поле прямоугольника пишут буквы DC.

Дешифраторы преобразуют двоичный и двоично-десятичный коды в унитарный код, т.е. код двоичного n - разрядного числа, представленного 2п разрядами, только один из разрядов которого равен 1.

Дешифраторы могут быть полными и неполными. У полного дешифратора n входам соответствуют 2п выходов. У неполного дешифратора число выходов т<2п.

Дешифраторы входят в виде функциональных узлов в состав нескольких серий ТТЛ.

Их используют когда нужно обращаться к различным цифровым устройствам, и при этом номер устройства - его адрес - представлен двоичным кодом, поэтому входы дешифратора иногда называют адресными входами, и обычно их нумеруют не порядковыми номерами 0, 1, 2, 3, 4, 5…, а в соответствии с двоичными весами разрядов 1, 2, 4, 8, 16 … В соответствии с числом входов и выходов дешифраторы называют «3 - 8» - (три в восемь), «4 - 10» (четыре в десять, неполный).

Схемотехническая реализация дешифраторов может быть различной. Известны пирамидальные, линейные и прямоугольные структуры. Кроме того, различают одно- и многоступенчатые дешифраторы.

Пирамидальные дешифраторы применяются крайне редко в связи с громоздкой структурой и наибольшей задержкой распространения сигнала. В них обычно используются двухвходовые логические элементы.

Линейные дешифраторы относятся к числу наиболее быстродействующих, так как в них используется всего одна ступень логических элементов.

Прямоугольный дешифратор считается самым экономичным по аппаратурным затратам при большом количестве выходов.

1.3 Преобразователи кодов

Преобразователи кодов (ПК) предназначены для преобразования одного параллельного кода в другой. Они используются для шифрации и дешифрации цифровой информации и могут иметь n входов и к выходов.

Соотношения между числом входов и выходов может быть любым:

п < к или п > к.

У преобразователей кодов в основном поле условного обозначения пишут X/Y или A/B, что обозначает, что код А преобразуется в код В, или пишут общепринятые названия кодов, например GRAY/BIN - преобразователь кода Грея в бинарный код.

По назначению ПК можно разделить на два типа - с невесовым и весовым преобразованием кодов. В преобразователях первого типа отсутствует численная взаимосвязь входного и выходного входов, а имеет место символьная взаимосвязь, например преобразование двоично-десятичного кода в код семисег-ментного индикатора десятичных цифр. Преобразователи второго типа используются, как правило, для преобразования числовой информации, тогда между числами входного и выходного кодов имеет место определенная математическая взаимосвязь.

Преобразование п - элементного кода в к - элементный можно осуществить с предварительной дешифрацией первого кода и без нее.

В первом случае сначала дешифрируется п - элементный код и на каждой из 2п выходных шин получаем сигнал, соответствующий одной из входных кодовых комбинаций. Затем каждый из выходных сигналов кодируется в к - элементном коде при помощи шифратора.

Рассмотрим в качестве примера преобразование трехэлементного кода в пятиэлементный, согласно табл. 4.

Схема, реализующая ПК, показана на рис. 2. В качестве дешифратора используется полный дешифратор 3Ч8, а в качестве шифратора двойной матричный шифратор.

Таблица 4

Рис. 2. Преобразователь трехэлементного кода в пятиэлементный

При построении ПК без предварительной дешифрации входного кода, достаточно, в соответствии с заданными условиями преобразования, составить структурные схемы для каждого из элементов того кода, в котором следует преобразовать заданный код, и затем составить его схему.

ПК с невесовым преобразованием кодов, как правило, описываются таблицами истинности, однозначно определяющими входной и выходной коды. ПК с весовым преобразованием достаточно часто используются для численного преобразования одной непрерывной функции в другую, например, sinб в cosб, путём их дискретизации, определения входных и выходных кодов каждой функции в одни и те же моменты дискретизации.

На основании этих кодов реализуется схема ПК. В этих случаях разрядность кода определяет точность преобразования, так как с ее увеличением повышается точность аппроксимации непрерывной функции.

Промышленностью выпускаются специальные микросхемы преобразователей кода, например: преобразователи двоично-десятичного кода в двоичный К155ПР6, КМ155ПР6; преобразователи двоичного кода в двоично-десятичный К155ПР7, КМ155ПР7; преобразователи кода 8-4-2-1 позиционный код сегментных цифросинтезирующих индикаторов К161ПР2, К161ПР3.

2. Выполнение курсового проекта

Выбираем входную и выходную функцию

Допустим, входная функция F_ВХ=1-cos² , а выходная F_ВЫХ= x

2.1 Преобразование входной функции

Результаты расчетов приводим ниже, где указаны значения - x, значения

-x, - (1-cos² рx) в десятичном коде, [(2⁴-1) (1-cos² рx)] - округленные значения до ближайшего целого десятичного числа значения функции (1-cos² рx) в десятичном коде с учетом разрядности входного двоичного кода; последней таблице соответствует двоичный четырехразрядный код преобразуемой функции.

Определяем дискретные значения входной функции при равномерной дискретизации с шагом 0,1р при изменении x от 0 до 1.

Рассчитываем значения [рx]^є в градусах для дискретных значении x.

Производим расчет дискретных значений входной функции.

Полученные данные преобразуемой функции переводим в двоичный четырехразрядный код, для чего каждое из полученных дискретных значений функции умножаем на число (2⁴-1).

Результат округляем до целого десятичного числа.

Преобразуем десятичный код входной функции в двоичный четырехразрядный (бинарный).

2.2 Преобразование выходной функции

шифратор дешифратор преобразователь код

Определяем дискретные значения выходной функции при тех же значениях и по этой же методике с учетом того, что выходная функция должна записываться в двоичном пятиразрядном коде. Результаты расчетов, для рассматриваемого примера, показаны ниже.

Для перевода функции x в двоичный код используются коэффициенты (2⁵-1).

Определяем дискретные значения выходной функции при равномерной дискретизации с шагом 0,1р при изменении x от 0 до 1.

Полученные данные преобразуемой функции переводим в двоичный пятиразрядный код, для чего каждое из полученных дискретных значений функции умножаем на число (2⁵-1).

Результат округляем до целого десятичного числа.

Преобразуем округленный десятичный код выходной функции в пятиразрядный бинарный код.

Строим схему преобразователя кодов. Для этого используется дешифратор 4Ч16, выходные шины 0…15 которого с помощью диодов соединены с пятью выходными шинами шифратора, в соответствии с полученными в результате преобразования кодами входной и выходной функций.

При этом двоичный четырехразрядный код входной функции, на каждой схеме определяет номер выходной шины дешифратора.

Соответствующий ему двоичный пятиразрядный код определяет узлы соединения этой выходной шины с соответствующей разрядной выходной шиной шифратора.

Соединения выходной шины дешифратора и выходных шин шифратора осуществляется с помощью диодов только в тех разрядах, где код выходного пятиразрядного двоичного числа равен единице.

Схема ПК приведена на рис. 3.

Одному и тому же входному коду соответствуют различные выходные коды, что объясняется погрешностями, вызванными дискретизацией непрерывной функции конечным числом ее дискретных значений (два первых столбца табл. 5). Берём одно из значений выходного кода (для табл. 5 принят код 0000, (так как для x=1, функция 1-cos² рx=1,0).

Таблица 5

2.3 Построение схемы преобразователя кода

Рис. 3. Схема рассчитанного примера преобразователя кода

Список литературы

1) Зинин Ю.М., Терешкин В.М. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электронные устройства электрооборудования летательных аппаратов».

2) Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника.

Размещено на Allbest.ru