Презентация "Шифраторы и дешифраторы"


Подписи к слайдам:
Multi Cubes

  • Powerpoint Templates
  • Шифраторы и дешифраторы

Шифратор

  • это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду.

Шифратор иногда называют

  • Шифратор иногда называют
  • «кодером» (от англ. coder)
  • и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.

Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным.

  • Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным.
  • Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, тонеполным.
  • Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n = 2m, где n — число входов, m — число выходов.
  • Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n = 2m, где n — число входов, m — число выходов.
  • Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно
  • 16 (n = 24 = 16),
  • поэтому шифратор 10x4 (из 10 в 4) будет неполным.

Шифратор (кодер) - это преобразователь позиционного кода в двоичный. В позиционном коде число определяется позицией единиц в серии нулей, или позицией нуля в серии единиц. Например, если в серии десять нулей, имеется вот такой код 0001000000, то это эквивалентно числу 7 (счет ведется справа налево от нуля). Такой код служит для включения объектов или передачи данных на них. Для преобразования позиционного кода в двоичный составили табличку:

  • Шифратор (кодер) - это преобразователь позиционного кода в двоичный. В позиционном коде число определяется позицией единиц в серии нулей, или позицией нуля в серии единиц. Например, если в серии десять нулей, имеется вот такой код 0001000000, то это эквивалентно числу 7 (счет ведется справа налево от нуля). Такой код служит для включения объектов или передачи данных на них. Для преобразования позиционного кода в двоичный составили табличку:
  • Позиционный код
  • Двоичный код
  • 8
  • 7
  • 6
  • 5
  • 4
  • 3
  • 2
  • 1
  • 22
  • 21
  • 20
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 1
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 1
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 1
  • 1

  • Для наглядности, единицы, как видно, располагаются по диагонали. Если приглядимся к младшему разряду (20), то видно, что единице соответствуют единицы в позиционном коде, соответствующие числам 2, 4, 6, 8 (разрядам). Следовательно, эти разряды объединяются через схему ИЛИ. Аналогичные операции проходят над старшими разрядами. В результате получим вот такую схему

Если на всех входах — логическая единица, то на

  • Если на всех входах — логическая единица, то на
  • всех выходах также логическая единица, что
  • соответствует числу 0 в так называемом инверсном
  • коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется
  • логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номером входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.
  • Если на всех входах — логическая единица, то на всех выходах также логическая единица, что соответствует числу 0 в так называемом инверсном коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номером входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.

Дешифратором

  • комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.

Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m = 2n, где n —число входов, а т — число выходов.

  • Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m = 2n, где n —число входов, а т — число выходов.
  • Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.

  • Дешифратор (декодер) - устройство, преобразующее двоичный код в позиционный (или иной). Другими словами, дешифратор осуществляет обратный перевод двоичных чисел. Единице в каком-либо разряде позиционного кода соответствует комбинация нулей и единиц в двоичном коде, а отсюда следует, что для преобразования необходимо иметь не только прямые значения переменных, но еще и инверсии. Посмотрим на схему.
  • На схеме показаны всего четыре логических элемента И, хотя их должно быть восемь. Три инвертора создают инверсии переменных. Линии, спускающиеся в никуда на самом деле подводят сигналы прямого и инверсного кода к остальным четырем элементам И. Если разрядов будет четыре, то элементы будут четырехвходовыми, понадобится четыре инвертора и 16 элементов И.

Семисегментный дешифратор

  • Семисегментный код необходим для отображения на цифровых индикаторах значений цифр от 0 до 9. Семисегментный, потому что цифры отображаются так называемыми сегментами, которых семь штук. Ниже приведена табличка соответствия между двоичным и семисегментным кодами

Для управления семисегментными индикаторами применяются микросхемы дешифраторов, переводящие четырехбитовый код в семисегментный. Мы рассмотрим микросхему CD4511, она включает в себя четырехбитный дешифратор и несколько буферных каскадов для запуска каждого светодиода. Имеет мощный выход (до 25мА) и предназначен для управления индикаторами различных типов. Входные и выходные уровни сигналов зависят от напряжения питания и в общем случае соответствуют таковым у других микросхем серий КМОП-логики. 

  • Для управления семисегментными индикаторами применяются микросхемы дешифраторов, переводящие четырехбитовый код в семисегментный. Мы рассмотрим микросхему CD4511, она включает в себя четырехбитный дешифратор и несколько буферных каскадов для запуска каждого светодиода. Имеет мощный выход (до 25мА) и предназначен для управления индикаторами различных типов. Входные и выходные уровни сигналов зависят от напряжения питания и в общем случае соответствуют таковым у других микросхем серий КМОП-логики. 

A,B,C,D – Вход четырехбитового кода. LT – (Lamp test) Включает все светодиоды в сегменте. Включение происходит при лог. 0 а при лог. 1 микросхема работает от входа A,B,C,D. BI – (Blanking) Гашение. Гашение происходит  при лог. 0 а при лог. 1 микросхема работает от входа A,B,C,D. LE – (latch enable) Загорания цифры на сегменте происходит после защёлкивания данных. При лог лог. 1 данные защелкнуты и не изменяются а при лог. 0 данные на сегменте меняются мгновенно при смене кода на входах A,B,C,D. a,b,c,d,e,f,g – Выхода на сегмент Vdd, Vss – Питание микросхемы

  • A,B,C,D – Вход четырехбитового кода. LT – (Lamp test) Включает все светодиоды в сегменте. Включение происходит при лог. 0 а при лог. 1 микросхема работает от входа A,B,C,D. BI – (Blanking) Гашение. Гашение происходит  при лог. 0 а при лог. 1 микросхема работает от входа A,B,C,D. LE – (latch enable) Загорания цифры на сегменте происходит после защёлкивания данных. При лог лог. 1 данные защелкнуты и не изменяются а при лог. 0 данные на сегменте меняются мгновенно при смене кода на входах A,B,C,D. a,b,c,d,e,f,g – Выхода на сегмент Vdd, Vss – Питание микросхемы

Применение шифраторов

  • К примеру, представим, что мы держим в руках обыкновенный калькулятор, которым сейчас пользуется любой школьник. Поскольку все действия в калькуляторе выполняются с двоичными числами, то после клавиатуры стоит шифратор, который преобразует вводимые числа в двоичную форму.
  • Все кнопки калькулятора соединяются с общим проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе шифратора, мы тут же получим двоичную форму данного числа на его выходе.
  • Конечно же, шифратор калькулятора имеет большее число входов, так как помимо цифр в него нужно ввести ещё какие-то символы арифметических действий, поэтому с выходов шифратора снимаются не только числа в двоичной форме, но и команды.
  • Если рассмотреть внутреннюю структуру шифратора, то несложно убедиться, что он выполнен на простейших базовых логических элементах.
  • Во всех устройствах управления, которые работают на двоичной логике, но для удобства оператора имеют десятичную клавиатуру, используются шифраторы.

Применение дешифраторов

  • Они могут преобразовывать двоичный код в разные системы счисления (десятичную, шестнадцатиричную и пр.). Всё зависит от конкретной цели и назначения микросхемы.
  • Простейший пример. Вы не раз видели цифровой семисегментный индикатор, например, светодиодный. На нём отображаются десятичные цифры и числа к которым мы привыкли с детства (1, 2, 3, 4...). Но, как известно, цифровая электроника работает с двоичными числами, которые представляют комбинацию 0 и 1. Что же преобразовало двоичный код в десятичный и подало результат на цифровой семисегментный индикатор? Наверное, вы уже догадались, что это сделал дешифратор.

Работу дешифратора можно оценить вживую, если собрать

  • Работу дешифратора можно оценить вживую, если собрать
  • несложную схему, которая состоит из микросхемы-дешифратора 
  • К176ИД2 и светодиодного семисегментного индикатора, который
  • ещё называют «восьмёркой». Взгляните на схему, по ней легче разобраться,
  • как работает дешифратор. Для быстрой сборки схемы можно использовать
  • Беспаечную манетную платуМикросхема К176ИД2 разрабатывалась для
  • управления 7-ми сегментным светодиодным индикатором. Эта микросхема
  • способна преобразовать двоичный код от 0000 до 1001, что соответствует
  • десятичным цифрам от 0 до 9 (одна декада). Остальные, более старшие комбинации просто не
  • отображаются. Выводы C, S, K являются вспомогательными. У микросхемы К176ИД2 есть четыре вход (1, 2, 4, 8). Их ещё иногда обозначают D0 – D3. На эти входы подаётся параллельный двоичный код (например, 0001). В данном случае, двоичный код имеет 4 разряда. Микросхема преобразует код так, что на выходах (a – g) появляются сигналы, которые и формируют на семисегментном индикаторе
  • десятичные цифры и числа,
  • к которым мы привыкли.
  • Так как дешифратор
  • К176ИД2 способен отобразить
  • десятичные цифры в интервале
  • от 0 до 9, то на
  • индикаторе мы
  • увидим только их.

Дешифратор на базе технологии ТТЛ - К155ИД1 использовался в своё время для управления газоразрядным цифровым индикатором типа ИН8, ИН12, которые были очень востребованы в 70-е годы, так как светодиодные низковольтные индикаторы ещё были очень большой редкостью.

  • Дешифратор на базе технологии ТТЛ - К155ИД1 использовался в своё время для управления газоразрядным цифровым индикатором типа ИН8, ИН12, которые были очень востребованы в 70-е годы, так как светодиодные низковольтные индикаторы ещё были очень большой редкостью.
  • Всё изменилось в 80-е годы. Можно было свободно приобрести семисегментные светодиодные матрицы (индикаторы) и среди радиолюбителей прокатился бум сборки электронных часов. Самодельные электронные часы не собрал для дома только ленивый.

Спасибо

  • Спасибо
  • за
  • внимание!