5.4.2. Шифраторы и дешифраторы
Шифратором (часто шифратор называют кодером) называется устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления.
На рис. 5.12 представлено условное обозначение шифратора, преобразующее первые десять цифр (0, 1, .. , 9) в двоичное представление. Символ СD в обозначении образован из букв английского слова CODER.
Шифратор имеет десять входов, обозначенных соответствующим числом, и четыре выхода, обозначенные цифрами 1, 2, 4, 8, соответствующими весовым коэффициентам двоичных разрядов.
При поступлении на один из входов шифратора сигнала приведет к появлению на его выходе четырехразрядного двоичного кода, соответствующего номеру входа (десятичному числу).
Как правило, шифраторы используются для преобразования в двоичную систему счисления небольших десятичных чисел. Связано это с трудностью построения шифраторов с большим числом входов.
Шифраторы используются в устройствах ввода информации в цифровые системы. Такие устройства оснащаются клавиатурой, клавиши которой связаны с определенным входом шифратора.
Дешифратором (часто дешифратор называют декодером) называется устройство, преобразующее двоичные числа в десятичные числа (рис.5.12, б). Символы DC в условном обозначении дешифратора составлены из букв английского слова DECODER. Входы дешифратора служат для подачи двоичного кода, а выходы последовательно нумеруются десятичными числами. В дешифраторе при подаче на входы параллельного двоичного кода на определенном выходе формируется сигнал логической 1, номер канала соответствует десятичному числу. Дешифраторы широко используются в цифровой и вычислительной технике, например, в устройствах печати информации, выводимой из цифровых устройств.
5.5. Цифровые преобразовательные устройства
При построении радиоэлектронных систем, связывающих потребителя информации с устройствами цифровой обработки, требуется преобразовать вводимые сигналы из аналоговой формы в цифровую, а выводимые цифровые данные - в аналоговую форму. Функции преобразования цифрового сигнала в аналоговый выполняют цифро – аналоговые преобразователи (ЦАП). Иногда ЦАП называют преобразователем код – аналог. Обратные преобразования выполняются аналого – цифровыми преобразователями (АЦП).
5.5.1. Цифро – аналоговые преобразователи
Мгновенное напряжение на выходе ЦАП пропорционально весу присутствующего на входе кода. Выходное напряжение является суммой напряжений, каждое из которых обусловлено единицей в соответствующем разряде входного кода: единица в первом разряде определяет выходное напряжение ΔU, единица во втором разряде определяет выходное напряжение 2ΔU, единица в третьем разряде - 4ΔU, и т.д. (рис.5.13, а). Так, например, код 10110 определяет напряжение на выходе
1·16 ΔU + 0·8 ΔU + 1·4 ΔU + 1·2 ΔU + 0ΔU = 22 ΔU.
Смена входного кода обусловливает смену напряжения на выходе ЦАП.
Такое преобразование можно выполнить разными способами, один из которых – применение двоично - взвешенных резисторов, сопротивления которых соотносятся как веса разрядов двоичного кода (R, 2R, 4R …). На рис. 5.13, б представлена схема ЦАП, основу которой составляет инвертирующий сумматор на ОУ с двоично - взвешенными резисторами на входе.
Недостатком схемы является необходимость тщательного отбора резисторов разных номиналов (сопротивления резисторов должны находиться в строгом соответствии), и невозможность выдержать постоянными значения сопротивлений в широком диапазоне температур.
Второй вариант построения ЦАП предусматривает использование резисторной матрицы R - 2R, суммирующей ток (рис.5. 14, а).
Такая матрица содержит сопротивления только двух номиналов, что делает ее выполнение намного проще.
Каждый ключ (Кл) управляется выходным потенциалом своего разряда: если в разряде присутствует 0 , то ключ подключает к резистору «землю», если в разряде присутствует «1», то ключ подключает соответствующий резистор к входу ОУ.
Поскольку ОУ не потребляет ток, т. е. потенциал входа ОУ практически равен нулю, то матрицу сопротивлений можно представить в виде, изображенном на рис.5.14, б. Рассматривая матрицу сопротивлений сверху вниз, легко заметить, что эквивалентное сопротивление элементов, расположенных выше узлов 1 - 1', 2 -2' и т. д. равно 2R. Поскольку токи в узлах делятся пополам, то токи в ветвях соотносятся как веса разрядов двоичного кода.
Если в определенном разряде кода присутствует 1, то соответствующий разряду ключ коммутирует ток ветви, пропорциональный весу кодовой 1, на вход ОУ.
Коммутируемые ключами токи суммируются и протекают через резистор R0, создавая на резисторе, а, следовательно, и на выходе ЦАП падение напряжения, эквивалентное действующему на входе коду.
Из рассмотрения матрицы сопротивлений видно, что полное сопротивление между источником опорного напряжения и входом ОУ равно R и не зависит от числа единиц и нулей в разряде кода. Поэтому ток на входе матрицы всегда равен UОП / R, а коэффициент усиления ОУ равен R0 / R.
Таким образом, напряжение на выходе ЦАП с резисторной матрицей R - 2R пропорционально произведению напряжения внешнего источника и входного кода. Условное изображение ЦАП приведено на рис. 5.15.
Если источник опорного напряжения внешний, то ЦАП можно использовать как перемножитель. Такие ЦАП получили название перемножающих. На перемножающих ЦАП строятся также делительные устройства.