5. Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов

Схемы, предназначенные для преобразования цифровой информации из деся­тичной системы счисления в двоичную, обычно называются шифрирующими, а для обратного преобразования - дешифрирующими. Схемы, предназначенные для пре­образования различных кодов в двоичной системе, называют преобразователями ко­да. Все эти схемы относятся к узлам комбинационного типа.

Шифраторы. Составление таких схем основано на комбинационной таблице. Здесь показан пример разработки схемы преобразования десятичных цифр 0÷9 в код 8421.

Таблица 13.1 - Комбинационная таблица шифратора

циф­ра	Код «1 из 10»										Код 8421
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	D	С	B	А
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
2	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
3	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
4	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0
5	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1
6	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0
7	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1
8	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0
9	0	0	0	0	0	0	0	о	0	1	1	0	0	1

Из таблицы (и на рисунке 13.1) видно, что двоичным цифрам 1 в столбике А соответствуют десятичные цифры 1, 3, 5, 7 и 9, т. е. можно написать: А=1 + 3 + 5 + 7+9. Это алгебраическое выражение логического сложения. Точно так же справедливо, что: В = 2 + 3 + 6 + 7; С = 4 + 5 + 6 + 7;D= 8 + 9. На рисунке 13.1 представлен пример реализации схемы на элементах ИЛИ-НЕ. В состоянии покоя на всех входах низкий уровень. Подоб­ным образом можно составить схемы преобразования десятичных цифр в любой код.

в базисе ИЛИ-НЕ

Рисунок 103 - Шифратор цифр 0÷9 в код 8421

Дешифраторы. При разработке различного рода цифровых управляющих уст­ройств часто необходимо решать задачу, когда управляющее воздействие определя­ется значениями входных сигналов только в данный момент времени и не зависит от их значений в предыдущие моменты времени. Иными словами, выходной сигнал, характеризующий управляющее воздействие, здесь зависит только от наличия соот­ветствующей комбинации сигналов на входах устройства. Примером таких комби­национных схем являютсядешифраторы.

Дешифратором называют комбинационную логическую схему, в которой каж­дой из комбинаций сигналов на входах соответствует сигнал только на одном из его выходов. Они находят применение в управляющих системах для выдачи управляю­щих воздействий в те или иные цепи в зависимости от комбинации сигналов на вхо­дах.

Значения сигналов а, b, с,dна выходах счетчика и требуемые при этом показа­ния дешифратора могут быть использованы для определения элементов схемы де­шифратора. Так, при нулевом показании счетчика сигнал «1» присутствует на ин­версных выходах его триггеров (см. таблицу 13.2), в связи с чем реализуемая каналомфункция будет: .

Таблица - Состояния дешифратора

Число входных импульсов	Триггеры счётчика				Выходы дешифратора
	Тр4 (d)	Тр3 (с)	Тр2 (b)	Тр1 (а)	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0	2	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
3	0	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
4	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
5	0	1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
6	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
7	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
9	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	о	1

Аналогично для канала имеем: ; а для канала: . Логические функции могут быть реализованы с помощью четырехвходовых логических элементов И.

Однако без предварительной минимизации составленные непосредственно из таблицы дешифрируемые функции нецелесообразно использовать для схемной реа­лизации. Это привело бы к заведомому усложнению схемы дешифратора. Табличное выражение дешифрируемой функции для цифры 9 (канала ) имеет вид . Вместе с тем, только для этого канала характерна комбинация выходных сигналов триггеров счетчика, при которой . В связи с этим для выделения сигнала (логической «1») по каналу цифры 9 можно воспользоваться функцией . Иными словами, каналможно реализовать не на четырёхвходовом, а на двухвхо-довом логическом элементе И.

Минимизацию функций дешифратора удобно проводить по карте Карно, кото­рая составляется в данном случае для четырех переменных.

Электронная промышленность выпускает дешифраторы в виде интегральных схем, например, в серии 1533 интегральные схемы КР1533ИДЗ, КР1533ИД6. ИХ ус­ловное графическое обозначение приведено на рисунке 104.

1533ИД3 1533ИД6

Рисунок 104 - Интегральные схемы дешифраторов серии 1533

Преобразователи кодов. Преобразователем кодов называется логическое уст­ройство, предназначенное для изменения кода информации, передаваемой и обраба­тываемой цифровыми устройствами. Существующее множество кодов предназначе­но для обеспечения удобства перевода чисел из десятичной системы в двоичную, простоты выполнения арифметических операций и контроля результатов вычисле­ний. Выбор кода влияет также на аппаратные затраты реализуемых схем цифровых устройств и на надежность выполнения ими заданных алгоритмов.

Рассмотрим синтез комбинационных преобразователей кодов на примерах преобразования двоично-десятичного кода 8421 в широко применяемый в цифровых устройствах двоично-десятичный код 2421. Алгоритм преобразования двоично-десятичного кода 8421 в код 2421 может быть представлен таблицей истинности (таблица 13.3).

Таблица 13.3 - Таблица истинности преобразователя кода 8421 в код 2421

Десяти­чное число	Код
	8421				2421
	х4	x3	x2	x1	F4	F3	F2	F1
0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0	0	0	1
2	0	0	1	0	0	0	1	0
3	0	0	1	1	0	0	1	1
4	0	1	0	0	0	1	0	0
5	0	1	0	1	1	0	1	1
б	0	1	1	0	1	1	0	0
7	0	1	1	1	1	1	0	1
8	1	0	0	0	1	1	1	0
9	1	0	0	1	1	1	1	1