Микроэлектроника и цифровая схемотехника

Цифровые преобразователи кода

Важнейшей формой представления числа является двоичный код. В некоторых случаях, однако, легче производить операции с другими кодами. Поэтому в данном параграфе будут рассмотрены преобразователи двоичного кода в другие и наоборот.

Дешифратор (DC – DeCoder – декодер) – преобразователь n-разряд-ного двоичного кода в унитарный код «1 из m ». Каждой кодовой комбинации на входах дешифратора соответствует активный уровень только на одном из выходов. Условное графическое обозначение и таблица истинности полного дешифратора на два входа (n = 2) представлены на рис. 5.1. Логическая 1 (при активном высоком уровне на выходе) формируется на том выходе дешифратора, адрес которого  соответствует набору двоичных сигналов на входах А и В. Выходной код носит название «один из четырех». По таблице истинности легко записать в СДНФ логические функции, связывающие сигналы на каждом выходе дешифратора с его входными сигналами (они показаны на рисунке). Для реализации дешифратора требуются логические элементы  И  и  НЕ.

          Шифратор (CD – CoDer – кодер) с приоритетом выполняет функцию, обратную дешифратору (рис. 5.2). На его выходах формируется двоичное число, соответствующее наибольшему числу на входе, на который подана логическая 1. Значения входных чисел (позиций), расположенных ниже, не определены (в таблице истинности они обозначены крестиком).

Примеры интегральных микросхем приоритетного шифратора и дешифратора приведены на рис. 5.3. Микросхема К555ИВ3 имеет 9 инверсных входов для подачи кодируемого сигнала  и  4  инверсных выхода кода 8-4-2-1. В исходном состоянии на всех входах и выходах логическая 1.

 При подаче на любой из входов логического 0 на выходе формируется инверсный код номера этого входа. Если логический 0 подан сразу на несколько входов, код на выходе соответствует наибольшему номеру входа, на который подан логический 0.

Дешифратор К155ИД10 имеет прямой четырехразрядный двоичный вход и десять инверсных выходов. К открытым коллекторным выходам микросхемы можно подключать любые нагрузки, включая обмотку реле (15 В, 80 мА). Такую же функциональную схему имеет микросхема К155ИД1, предназначенная для управления цифровым газоразрядным индикатором (70 В, 7 мА).

Микросхемы К155ПР6 и К155ПР7 служат для преобразования двоично-десятичного кода в двоичный и наоборот. Микросхемы являются постоянными запоминающими устройствами, программирование которых произведено на заводе-изготовителе. Одна микросхема К155ПР6 позволяет выполнить преобразование чисел 0–39 из двоично-десятичного кода в двоичный код. Разряд единиц не подвергается преобразованию, так как он совпадает в двоично-десятичном и двоичном кодах. Аналогично, одну микросхему К155ПР7 можно использовать для преобразования двоичного кода чисел 0–63 в двоично-десятичный. Как правило, разрядности одиночных микросхем недостаточно для решения задач преобразования многоразрядных кодов, в этих случаях применяют каскадное соединение микросхем (рис. 5.4, рис. 5.5).

Для преобразования двоично-десятичных кодов чисел 0-999 в двоичный требуется шесть, а чисел 0–9999  – девятнадцать микросхем К155ПР6, для преобразования двоичных кодов чисел 0–4095 и 0–65535 в двоично-десятичный  –  соответственно 8 и 16 микросхем К155ПР7.

Микросхемы К155ПР6 и К155ПР7 выполнены с открытым коллекторным выходом, поэтому для обеспечения помехоустойчивой работы микросхем между их выходами и плюсом питания следует устанавливать нагрузочные резисторы 1¸5,1 кОм. Эти резисторы на приведенных схемах не показаны. Вход разрешения работы микросхем Е (CS) должен быть подключен к общему проводу, при подаче на него логической  1  все выходные транзисторы переходят в выключенное состояние.

На рис. 5.5 показано устройство, формирующее на выходе двоичный код десятичного числа (от 00 до 99), набираемого на лимбах программного переключателя. Программный переключатель SW (ПП10-ХВ) представляет собой механическую систему, содержащую вращающийся диск с нанесенными на него металлизированными сегментами и скользящими по ним контактами. При заземленных контактах (вывод С) на выводах А, В, О, Е формируется инверсный двоично-десятичный код числа, набираемого на лимбе вращаемого диска. На лимбе переключателя SA2 набираются десятки, переключателя SA1 – единицы.

На рис. 5.6 представлена схема подключения дешифратора для управления семисегментным цифровым индикатором на светодиодах с объединенными катодными выводами (они соединены с общим выводом). При высоком потенциале на входе Е  (активные выходные уровни дешифратора – высокие) ток порядка 5 мА протекает через светодиоды тех сегментов, которые формируют изображение цифры от 0 до 9, двоично-десятичный код которой подан на входы микросхемы К514ИД1. В направлении сверху вниз левые вертикально расположенные светодиоды имеют обозначение F и Е, правые – В и С, горизонтально расположенные – A, G и D. При Е = 0 на выходах дешифратора устанавливаются низкие уровни, и все светодиоды гаснут.

При применении семисегментного цифрового индикатора на светодиодах с объединенными анодными выводами (например, АЛС324Б) на них подается  внешний потенциал от источника питания +5 В, а выводы A, B, C, D, E, F, G соединяются с соответствующими выводами дешифратора К514ИД2 (активные выходные уровни дешифратора – низкие) через резисторы номиналом 330–510 Ом, с помощью которых можно управлять яркостью свечения цифрового индикатора.

В преобразователях аналоговых физических величин (например, угла поворота вала) в цифровые сигналы с погрешностью, не превышающей значения младшего разряда, используется код Грея (он соответствует непозиционной системе счисления). Код Грея строится таким образом, что при переходе от одного числа к следующему изменяется всегда только один двоичный разряд. Таблица преобразования четырехразрядных двоичных чисел Х (х₄, x₃, x₂, x₁) в код Грея G (g₄, g₃, g₂, g₁) приведена ниже. Прямые и обратные преобразователи кода Грея в двоичный код реализуются с помощью логических элементов Исключающее ИЛИ (рис. 5.7). Код Грея не позволяет осуществлять арифметические операции. Поэтому его применяют только в тех случаях, когда это дает существенные преимущества, а затем переходят к двоичному коду.