Jedným z veľmi dôležitých prvkov digitálnej techniky a najmä v počítačoch a riadiacich systémoch sú kodéry a dekodéry.

Keď počujeme slovo kodér alebo dekodér, vybavia sa nám frázy zo špionážnych filmov. Niečo ako: dešifrovať odoslanie a zašifrovať odpoveď.

Nie je na tom nič zlé, keďže šifrovacie stroje našich a zahraničných staníc používajú šifrovače a dešifrovače.

Šifrovače.

Kódovač (kódovač) je teda elektronické zariadenie, v tomto prípade mikroobvod, ktorý premieňa kód jedného číselného systému na kód iného systému. Najpoužívanejšie v elektronike sú kodéry, ktoré konvertujú pozičný desiatkový kód na paralelný binárny. Takto môže byť kódovač označený na schéme zapojenia.

Predstavte si napríklad, že držíme v rukách obyčajnú kalkulačku, ktorú dnes používa každý školák.

Keďže všetky úkony v kalkulačke sa vykonávajú s binárnymi číslami (pamätajte na základy digitálnej elektroniky), za klávesnicou je kodér, ktorý prevádza zadané čísla do binárnej podoby.

Všetky tlačidlá kalkulačky sú napojené na spoločný vodič a stlačením napríklad tlačidla 5 na vstupe kodéra dostaneme na jeho výstupe ihneď binárnu podobu tohto čísla.

Kodér kalkulačky má samozrejme väčší počet vstupov, keďže okrem čísel do neho treba zadávať aj niektoré ďalšie symboly aritmetických operácií, takže z výstupov počítadla sa odstraňujú nielen čísla v binárnom tvare, ale aj príkazy. kódovač.

Ak vezmeme do úvahy vnútornú štruktúru kodéra, je ľahké vidieť, že je vyrobený na najjednoduchších základných logických prvkoch.

Všetky ovládacie zariadenia, ktoré pracujú na binárnej logike, ale majú desiatkovú klávesnicu pre pohodlie operátora, používajú kódovače.

Dekodéry.

Decryptory patria do rovnakej skupiny, ale fungujú presne naopak. Prevádzajú paralelnú binárnu sústavu na pozičnú desatinnú. Symbolický grafický symbol na diagrame môže vyzerať takto.

Alebo takto.

Ak hovoríme o dešifrovačoch podrobnejšie, potom stojí za to povedať, že dokážu previesť binárny kód do rôznych číselných systémov (desatinné, šestnástkové atď.). Všetko závisí od konkrétneho účelu a účelu mikroobvodu.

Najjednoduchší príklad. Viac ako raz ste videli digitálny sedemsegmentový indikátor, napríklad LED. Zobrazuje desatinné číslice a čísla, na ktoré sme zvyknutí z detstva (1, 2, 3, 4...). Ale, ako viete, digitálna elektronika pracuje s binárnymi číslami, ktoré predstavujú kombináciu 0 a 1. Čo previedlo binárny kód na desiatkový a priviedlo výsledok do sedemsegmentového digitálneho indikátora? Pravdepodobne ste už uhádli, že to urobil dekodér.

Prácu dekodéra je možné posúdiť naživo, ak zostavíte jednoduchý obvod, ktorý pozostáva z čipu dekodéra K176ID2 a sedemsegmentový LED indikátor, ktorý sa nazýva aj „osmička“. Pozrite sa na diagram; ľahšie pochopíte, ako dekodér funguje. Na rýchle zostavenie obvodu môžete použiť nepájkovú dosku.

Pre referenciu. Čip K176ID2 bol vyvinutý na ovládanie 7-segmentového LED indikátora. Tento čip je schopný konvertovať binárny kód z 0000 predtým 1001 , čo zodpovedá desatinným číslam od 0 do 9 (jedna dekáda). Zvyšné vyššie kombinácie sa jednoducho nezobrazia. Piny C, S, K sú pomocné.

Čip K176ID2 má štyri vstupy (1, 2, 4, 8). Niekedy sú tiež určené D0 - D3. Na tieto vstupy sa privádza paralelný binárny kód (napríklad 0001). V tomto prípade má binárny kód 4 bity. Mikroobvod konvertuje kód tak, že výstupy ( a-g) sa objavujú signály, ktoré tvoria desatinné číslice a čísla, na ktoré sme zvyknutí na sedemsegmentovom indikátore. Keďže dekodér K176ID2 je schopný zobraziť desatinné číslice v rozsahu od 0 do 9, uvidíme ich iba na indikátore.

Na vstupy dekodéra K176ID2 sú pripojené 4 prepínače (S1 - S4), pomocou ktorých je možné do dekodéra priviesť paralelný binárny kód. Napríklad, keď je prepínač zatvorený S1 Na kolík 5 mikroobvodu sa dodáva logická jednotka. Ak otvoríte kontakty prepínača S1- to bude zodpovedať logickej nule. Pomocou prepínačov môžeme na vstupoch mikroobvodu manuálne nastaviť logickú 1 alebo 0. Myslím, že je to všetko jasné.

Diagram ukazuje, ako sa na vstupy dekodéra DD1 aplikuje kód 0101. LED indikátor zobrazí číslo 5. Ak zatvoríte iba prepínač S4, indikátor zobrazí číslo 8. Ak chcete zapísať číslo od 0 do 9 v binárnom kóde stačia štyri číslice: a 3 * 8 + a 2 * 4 + a 1 * 2 + a 0 * 1, Kde od 0 do 3, sú čísla z číselnej sústavy (0 alebo 1).

Predstavme si číslo 0101 v desiatkovom tvare 0101 = 0*8 + 1*4 + 0*2 + 1*1 = 4 + 1 = 5 . Teraz sa pozrime na diagram a uvidíme, že váha číslice zodpovedá číslu, ktorým sa vo vzorci vynásobí 0 alebo 1.

Dekodér založený na technológii TTL - K155ID1 sa svojho času používal na ovládanie digitálnych indikátorov s výbojom ako IN8, IN12, ktoré boli v 70. rokoch veľmi žiadané, pretože nízkonapäťové LED indikátory boli stále veľmi zriedkavé.

Všetko sa zmenilo v 80. rokoch. Bolo možné voľne zakúpiť sedemsegmentové LED matrice (indikátory) a nastal rozmach montáže elektronických hodiniek medzi rádioamatérmi. Len leniví nezostavili domáce elektronické hodiny do domácnosti.

Laboratórna správa

Téma: Štúdia fungovania dešifrovačov

Cieľ: Preskúmajte prácu šifrovačov a dešifrovačov

Vybavenie: PC, softvér: OS Windows

Pokrok

1. Skúmal fungovanie dekodéra pomocou logických prvkov

2. Prevodník kódov pre sedemsegmentový indikátor.

3. Dekodér pre 7-segmentový indikátor na čipe.

1.Dešifrovače
Použil som jednoduché logické prvky, ktoré sa dajú použiť na konštrukciu zložitejších zariadení, ktoré implementujú zodpovedajúce funkcie. Takýmito zariadeniami sú napríklad šifrovače a dešifrovače.

Dekodéry, nazývané aj kodéry, dokážu prevádzať desatinné čísla (pozičný kód) na binárne. Snímač pracuje nasledovne: snímač má n vstupov, z ktorých iba jeden prijíma signál (tento vstup bude aktívny); Na základe čísla aktívneho vstupu sa na výstupoch dekodéra vygeneruje binárny kód zodpovedajúci polohe aktívneho vstupu. Napríklad, ak bol aktívny piaty vstup, potom budú mať výstupy kombináciu (okrem úvodných núl): 5 10 = 101 2.

3. Dekodér logických prvkov

Trojvstupový dekodér založený na logických prvkoch „AND“ a „NOT“.

4. Prevodník kódov pre sedemsegmentový indikátor.

Dekodéry a dekodéry/tvarovače displeja generujú digitálne kódy pre sedemsegmentový displej a potom kód prenášajú do generátora alebo priamo na displej. V sedemsegmentovom ukazovateli desatinných miest predstavuje každý segment (je ich sedem) samostatný prvok vyžarujúci svetlo (používa sa aj abecedná identifikácia segmentov, respektíve od a do g). Svetelný obraz čísel alebo symbolov sa získa, keď sa na určité segmenty privedie napätie:
Takýto prevodník kódu musí spĺňať pravdivostnú tabuľku uvedenú nižšie:


Dekodér pre 7-segmentový indikátor založený na logických prvkoch.

Dekodér pre 7-segmentový indikátor na čipe.

Tento dekodér prevádza binárno-desiatkový kód dodávaný na vstupy A, B, C, D na riadiaci kód pre 7-segmentový indikátor. Binárny desiatkový kód je súbor binárnych čísel usporiadaných podľa bitov, v ktorých sú bitom priradené nasledujúce „váhy“ v klesajúcom poradí priority. D – 8, C – 4, B – 2, A – 1. Preto sa tento kód nazýva aj kód 8-4-2-1. V skutočnosti tento kód zapisuje desatinné čísla od 0 do 15 do vstupných premenných pravdivostnej tabuľky:



Dekodér kódu pre 7-segmentový indikátor na čipe 7448

Záver: Študoval som prácu šifrovačov a dešifrovačov

1. Dekodéry
Pomocou najjednoduchších logických prvkov je možné konštruovať zložitejšie zariadenia, ktoré implementujú zodpovedajúce funkcie. Takýmito zariadeniami sú napríklad šifrovače a dešifrovače.

Šifrovače, nazývané aj kódovače, dokážu konvertovať desatinné čísla (pozičný kód) na binárne. Snímač pracuje nasledovne: snímač má n vstupov, z ktorých iba jeden prijíma signál (tento vstup bude aktívny); Na základe čísla aktívneho vstupu sa na výstupoch dekodéra vygeneruje binárny kód zodpovedajúci polohe aktívneho vstupu. Napríklad, ak bol aktívny piaty vstup, potom budú mať výstupy kombináciu (okrem úvodných núl): 5 10 = 101 2.
Dekodér alebo dekodér vykonáva opačnú operáciu ako šifrovanie, t.j. Konvertuje binárne na desiatkové. Vstupy dekodéra sa používajú na poskytovanie binárnych čísel a výstupy sú číslované postupne s desatinnými číslami. Keď je na vstupy privedené binárne číslo, na výstupe sa objaví výstupný signál, ktorý má číslo zodpovedajúceho desatinného čísla.
Existujú dva typy dekodérov: logické dekodéry a dekodéry/tvarovače displeja. Logické dekodéry sú stredne integrované obvody (čipy obsahujúce až 100 LE), riadené adresou. Vyberú a aktivujú špecifický výstup identifikovaný adresou. Dešifrovače sa používajú v štruktúrach na získavanie adries úložných zariadení, dekomprimovanie smerovania dát atď.

Sedemsegmentový displej sa často používa na zobrazenie desiatkových a hexadecimálnych číslic. Vzhľad sedemsegmentového indikátora a označenie jeho segmentov je znázornené na obrázku 6.11.

Obrázok 6.11 – Vzhľad sedemsegmentového indikátora a názov jeho segmentov

Na zobrazenie čísla 0 na takomto indikátore stačí rozsvietiť segmenty a, b, c, d, e, f. Na znázornenie čísla 1 svietia segmenty b a c. Presne rovnakým spôsobom môžete získať obrázky všetkých ostatných desiatkových alebo hexadecimálnych číslic. Všetky kombinácie binárnych kódov, ktoré umožňujú vytváranie obrázkov čísel (a niektorých písmen), sa nazývajú sedemsegmentový kód.

Vytvorme pravdivostnú tabuľku pre dekodér, ktorý vám umožní previesť binárny (alebo skôr BCD) kód na sedemsegmentový. Nechajte segmenty indikátora svietiť pri nulovom potenciáli. Potom bude mať pravdivostná tabuľka sedemsegmentového dekodéra formu zobrazenú v tabuľke 6.4. Konkrétna hodnota signálov na výstupe dekodéra závisí od schémy pripojenia segmentov indikátora k výstupu mikroobvodu. O týchto diagramoch sa bude diskutovať neskôr v kapitole o zobrazovaní rôznych typov informácií.

Tabuľka 6.4 – Pravdivostná tabuľka sedemsegmentového dekodéra.

	Vstupy	Výstupy
Kombinácia č.					a	b	c	d	e	f	g

V súlade so zásadami konštrukcie obvodu s použitím ľubovoľnej pravdivostnej tabuľky implementujeme schému zapojenia sedemsegmentového dekodéra pracujúceho podľa pravdivostnej tabuľky napísanej v tabuľke 6.4. Tentoraz nebudeme podrobne popisovať proces vývoja obvodu. Ak chcete otestovať svoje chápanie algoritmu návrhu digitálneho obvodu, skúste tento obvod získať sami. Schematický diagram sedemsegmentového dekodéra získaný ako výsledok tejto syntézy je znázornený na obrázku 6.12.

Na uľahčenie pochopenia princípov činnosti obvodu znázorneného na obrázku 6.12, výstup logických prvkov „AND“ zobrazuje čísla riadkov nimi implementovanej pravdivostnej tabuľky. Napríklad na výstupe segmentu „a“ sa logická jednotka objaví iba vtedy, keď sa na vstup privedie kombinácia binárnych signálov 0001 (1) a 0100 (4). To sa dosiahne kombináciou zodpovedajúcich obvodov s prvkom „2OR“. Na výstupe segmentu „b“ sa logická jednotka objaví iba vtedy, keď sa na vstup privedie kombinácia binárnych signálov 0101 (5) a 0110 (6) atď.

Obrázok 6.12 – Schéma sedemsegmentového dekodéra

V súčasnosti sa sedemsegmentové dekodéry vyrábajú vo forme samostatných mikroobvodov alebo sa používajú ako hotové jednotky ako súčasť iných mikroobvodov. Grafické označenie sedemsegmentového mikroobvodu dekodéra je na obrázku 6.13.

Obrázok 6.13 – Grafické označenie sedemsegmentového dekodéra

Ako príklad sedemsegmentových dekodérov môžeme uviesť také mikroobvody domácej výroby ako K176ID3. Sú určené na pripojenie indikátorov výtoku plynu. V moderných digitálnych obvodoch sú sedemsegmentové dekodéry zvyčajne zahrnuté vo veľkých integrovaných obvodoch.

Šifrovače

Pomerne často sa vývojári digitálnych zariadení stretávajú s problémom, ktorý je opakom toho, ktorý riešia dešifrovače. Napríklad chcete previesť osmičkový alebo desiatkový lineárny kód na binárny. Lineárny osmičkový kód môže pochádzať napríklad z výstupu mechanického spínača. Vytvorme pravdivostnú tabuľku pre takéto zariadenie.

Tabuľka 6.5 – Pravdivostná tabuľka osmičkového kódovača.

	Vstupy	Výstupy
Kombinácia č.

Ďalším zdrojom lineárneho osmičkového kódu môžu byť analógové komparátory s rôznymi prahmi odozvy. Tento rad komparátorov sa používa ako súčasť paralelného analógovo-digitálneho prevodníka na konverziu analógového signálu na digitálny kód. Binárny kód je kompaktnejší a pohodlnejší pre následné spracovanie. Preto je potrebný prevodník lineárneho na binárny kód. Pravdivostná tabuľka takéhoto zariadenia sa mierne líši od tabuľky uvedenej v tabuľke 6.5. Pravdivostná tabuľka kódovača paralelného analógovo-digitálneho prevodníka je uvedená v tabuľke 6.6.

Tabuľka 6.6 – Pravdivosť kodéra paralelného analógovo-digitálneho prevodníka.

	Vstupy	Výstupy
Kombinácia č.

Pravdivé tabuľky dvoch uvažovaných zariadení možno kombinovať. V tomto prípade sú bunky tabuľky, pri ktorých nezáleží na tom, či je v nich napísaná nula alebo jednotka, označené „X“.

Tabuľka 6.7 – Osmičková pravdivostná tabuľka

univerzálny kódovač.

	Vstupy	Výstupy
Kombinácia č.								A2	A1	A0
	X
	X	X
	X	X	X
	X	X	X	X
	X	X	X	X	X
	X	X	X	X	X	X

Teraz môžete zostaviť schému zariadenia. Skutočnosť, že takmer všetky reťazce obsahujú nedefinované hodnoty, umožňuje výrazne zjednodušiť obvod oktalového kódovača.

Najjednoduchšie riešenie sa získa pre najvyššiu číslicu. Tu si vystačíte s obvodom logických prvkov „4OR“. Na získanie jediného signálu vo výstupnom signáli „2“ v riadkoch 6 a 7 pravdivostnej tabuľky stačí spojiť vstupné signály „7“ a „6“. Riadky 2 a 3 sa pridávajú rovnakým spôsobom, ale tu budete musieť dešifrovať vstupné signály 2, 3, 4 a 5. Výsledná schéma zapojenia osmičkového kódovača je znázornená na obrázku 6.15.

Obrázok 6.14 – Schematický diagram osmičkového kódovača

V súčasnosti sa šifrovače (kódovače) vyrábajú vo forme samostatných mikroobvodov alebo sa používajú ako hotové jednotky ako súčasť iných mikroobvodov, ako sú paralelné ADC. Grafické označenie kódovača je na obrázku 6.15.

Ako príklad integrovaného dizajnu šifrovačov môžeme uviesť také domáce mikroobvody ako K555IV1 (osmičkový kódovač) a K555IV3 (desiatkový kódovač).

Obrázok 6.15 – Grafické označenie osmičkového kódovača

Multiplexory

Multiplexery sú zariadenia, ktoré umožňujú pripojiť viacero výstupov na jeden vstup. Inými slovami, multiplexor je prepínač, ktorý má niekoľko vstupov a jeden výstup. V najjednoduchšom prípade je možné takéto prepínanie vykonať pomocou elektronicky ovládaných kľúčov:

Obrázok 6.16 – Prepínač (multiplexor) zostavený pomocou kľúčov

Takýto prepínač bude fungovať rovnako dobre s analógovými aj digitálnymi signálmi. Rýchlosť ovládania mechanických kláves však nie je veľmi žiaduca a klávesy sa často musia ovládať automaticky pomocou nejakého druhu obvodu.

Digitálne obvody vyžadujú ovládanie spínačov pomocou logických úrovní. Preto je vhodné vybrať zariadenie, ktoré by mohlo vykonávať funkcie elektronického kľúča s elektronickým ovládaním digitálneho signálu.

Tento typ dekodéra je navrhnutý aj na výstup binárneho kódu vo forme, ktorú poznáme, ale na tento účel používa špeciálne indikátory, ktorých čísla sa vytáčajú zo segmentov:

Teraz sa pozrime na obvod takéhoto dekodéra pomocou mikroobvodu K176ID2 ako príklad:

Ako každý iný dekodér má mikroobvod vstupy na príjem binárneho kódu (1, 2, 4, 8) a 7 výstupov, na ktorých sa generuje kód podľa umiestnenia segmentov na indikátore:

Ak napríklad na vstup použijeme kód 0110, mikroobvod nastaví vysoké úrovne na kolíkoch A, F, E, D, C, G a ako výsledok uvidíme číslo 6 (jeho binárny ekvivalent je presne 0110 ). Rovnako ako jednoduché dekodéry BCD, aj sedemsegmentové indikátory sa dodávajú v rôznych typoch - všetko závisí od toho, s akými typmi indikátorov sú určené na prácu.

Ak sú indikátory LED, potom musí mať dekodér dobrú zaťažiteľnosť, aby odolal prúdu segmentovej LED (K555ID18); ak sú to tekuté kryštály, výstupný prúd môže byť malý, ale dekodér musí byť schopný výstupu protifázový signál do indikátora (K564ID4). Luminiscenčné indikátory nevyžadujú veľký prúd a pracujú s konštantným napätím, ale musia byť napájané relatívne vysokým napätím (K176ID2).

Pre pohodlie pri konštrukcii všetkých druhov digitálnych váh (napríklad hodín alebo meračov frekvencie) je možné dekodéry kombinovať s počítadlami. Klasickým príkladom sú K176IE3 a K176IE4:

Stačí začať posielať impulzy na vstup C takéhoto čítača dekodéra a začne počítať a zobrazovať výsledok počítania na sedemsegmentovom indikátore: 0, 1, 2, 3 atď. Na vstup R bol privedený impulz (reset) a indikátor ukázal „0“ - počítadlo bolo „resetované“. Pozoruhodné je, že IE4 dokáže počítať do 9 (potom začína opäť od nuly) a IE3 dokáže počítať až 6. Ideálne na počítanie desiatok minút alebo sekúnd na elektronických hodinkách. Vráťme sa trochu späť (presnejšie do

Sedemsegmentový displej sa často používa na zobrazenie desiatkových a hexadecimálnych číslic. Obrázok 7-segmentového indikátora a názvy jeho segmentov sú zobrazené na obrázku 3.

Obrázok 3.3 Obrázok sedemsegmentového indikátora a názov jeho segmentov.

Na zobrazenie čísla 0 na takomto indikátore stačí rozsvietiť segmenty a, b, c, d, e, f. Na zobrazenie čísla „1“ sa rozsvietia segmenty b a c. Presne rovnakým spôsobom môžete získať obrázky všetkých ostatných desiatkových alebo hexadecimálnych číslic. Všetky kombinácie takýchto obrázkov sa nazývajú sedemsegmentový kód.

Vytvorme pravdivostnú tabuľku pre dekodér, ktorý vám umožní previesť binárny kód na sedemsegmentový. Nechajte segmenty zapáliť pri nulovom potenciáli. Potom bude mať pravdivostná tabuľka sedemsegmentového dekodéra formu zobrazenú v tabuľke 3.2. Konkrétna hodnota signálov na výstupe dekodéra závisí od schémy pripojenia segmentov indikátora k výstupu mikroobvodu. Na tieto diagramy sa pozrieme neskôr, v kapitole venovanej zobrazovaniu rôznych typov informácií.

Tabuľka 3.2. Pravdivostná tabuľka sedemsegmentového dekodéra.

Vstupy	Výstupy
				a	b	c	d	e	f	g

V súlade s princípmi konštrukcie obvodu pomocou ľubovoľnej pravdivostnej tabuľky získame schematický diagram sedemsegmentového dekodéra (dekodéra), ktorý implementuje pravdivostnú tabuľku uvedenú v tabuľke 2. Tentoraz nebudeme podrobne popisovať proces vývoj obvodu. Výsledná schéma zapojenia sedemsegmentového dekodéra je na obrázku 3.4.

Obrázok 3.4. Schematický diagram sedemsegmentového dekodéra (dekodéra).

Na uľahčenie pochopenia princípov fungovania obvodu na výstupe logických prvkov "AND" sú zobrazené čísla riadkov pravdivostnej tabuľky, ktoré implementujú.

Napríklad na výstupe segmentu a sa logická jednotka objaví len vtedy, keď sa na vstup privedie kombinácia binárnych signálov 0001 (1) a 0100 (4). To sa dosiahne kombináciou zodpovedajúcich obvodov s prvkom „2OR“. Na výstupe segmentu b sa logická jednotka objaví až vtedy, keď je na vstup privedená kombinácia binárnych signálov 0101 (5) a 0110 (6) atď.

V súčasnosti sa sedemsegmentové dekodéry vyrábajú vo forme samostatných mikroobvodov alebo sa používajú vo forme hotových blokov ako súčasť iných mikroobvodov. Grafické označenie sedemsegmentového mikroobvodu dekodéra je na obrázku 3.5.