14.6. Шифраторы

Шифраторами (Ш) называются кодирующие узлы цифровой электроники, основной функцией которых является преобразование входной информации, представленной, например, десятичными цифрами, буквами или координатами линий, в соответствующие имn-разрядные комбинации двоичных цифр. А посколькуnразрядными двоичными числами можно закодировать 2ⁿразных символов, то число входов шифратора не должно превышать этого числа. При подаче сигнала на один из входов шифратора (унитарный код) на его выходе должна быть создана соответствующая ему двоичная комбинация, которая затем может обрабатываться различными запоминающими, суммирующими, логическими, распределительными и другими узлами цифровой электронной техники. Достаточно часто шифраторы называют кодерами (СД– от англ.coder). В зависимости от типа преобразуемой входной информации они могут бытьалфавитно-цифровыми, цифровыми,графическимии т. д.

Работу шифратора рассмотрим на примере цифрового кодера, служащего для преобразования десятичных цифр (символых_iот 0 до 9) в соответствующую им двоичнуютетрадуу₀у₁у₂у_{3 –}четырёхразрядную комбинацию двоичных цифр. Поэтому такой шифратор называется десятично-двоичным и это обозначается на его УГО, что показано на рис. 14.6.1.

С

Рис. 14.6.1. УГО 10-2 шифратора (CD)

реди интегральных микросхем отличительными символами для маркировки шифраторов служат две буквы ИВ, например, в серии ИМС К501, созданной на базер-канальных МОП-структур, шифратор на 16 входов и 4 выхода обозначен кодом К501ИВ1П.

Принципиальные схемы десятично-двоичных Ш первоначально строились с использованием диодных матриц – на последовательных диодных ограничителях, а затем, с развитием микроэлектроники – на микросхемах логических элементов ИЛИ, что и показано на рис. 14.6.2,аибсоответственно.

Принцип работы десятично-двоичного Ш поясняют данные табл. 14.6.1, показывающие цифровое соответствие выходной кодовой двоичной комбинации (тетрады) кодируемому десятичному символу.

На схеме рис. 14.6.2, аэто соответствие реализуется простым нажатием клавиши, которая подключает аноды соответствующих диодовматрицык напряжению +U_ИП, что обеспечивает протекание токовI_VDчерез определённые разрядные резисторы (R₀–R₃) и создаёт на них падения напряжений, являющиеся кодами 1 в соответствующих разрядах выходной двоичнойтетрады(выход), например:U_R0=R₀I_VD– есть код 1 в разрядеу₀(2⁰).

Кодирование десятичных символов двоичными тетрадами

Десятичный символ (вход Ш)	Двоичная тетрада (выход Ш)
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	1	1	0
7	0	1	1	1
8	1	0	0	0
9	1	0	0	1

Рис. 14.6.2. Схемы шифраторов матричного типа (а - фрагмент) и на ЛЭ ИЛИ (б)

Таблица 14.6.1

На тех же из разрядных резисторов, по которым диодный ток не протекает, выходное напряжение сформировано не будет, что соответствует выдаче кода 0 в данном разряде выходной двоичной тетрады.

Тогда, например, при нажатии клавиши с десятичным символом 9 токи диодов потекут только через резисторы R₀иR₃и создадут на них падения напряжения, что обеспечит появление на выходе СД двоичнойтетрадыс кодовой комбинацией 1001.

Анализируя состав и соединение элементов на схеме рис. 14.6.2, б,нетрудно проследить работу Ш на ЛЭИЛИ(дизъюнкторах, схемах логического сложения, или собирательно-разделительных схемах). Подача сигнала по одной из входных шин (код 1), например, вызванная нажатием клавиши с десятичной цифрой 5, повлечёт за собой появление сигналов (кодов 1) на выходаху₂иу₀и отсутствие сигналов (коды 0) на выходаху₃иу₁, т. е. выходнойтетрадой окажется код двоичной комбинации 0101.

Конечно, для кодирования большего количества символов алфавитно-цифровой информации разрядности двоичной тетрадыоказывается недостаточно. Поэтому, если, например, количество неповторяющихся входных символов более 127, но не превышает 256, что свойственно всем клавиатурам современных ПК, то для кодирования каждого из них необходимо использовать, как минимум,восьмиразрядныедвоичные числа (1 Б = 8 бит информации). Тогда код десятичной цифры 5 может быть представлен выходным байтом 00000101, а цифра 9 – 00001001. Естественно, что двоичные коды прописных и строчных букв должны обеспечивать их различение, как и коды букв русского и английского алфавитов.

Кроме рассмотренных шифраторов в современной интегральной микроэлектронике широко используются так называемые приоритетныешифраторы, появление которых вызвано невозможностью одновременного удовлетворения нескольких запросов на обслуживание, поступивших одномоментно от различных претендентов. В этом случае для предоставления права первоочередного обслуживания одному из них в Ш вводится системаприоритета, состоящая в присвоении каждому запросу фиксированного номераR_i (от англ.request– приоритет), первым из которых будет обслуживаться запрос с наивысшим номером. Например, группа из восьми запросов формируется так, что высший приоритет отдаётся претенденту с номером 7 (R₇– двоичный код 111), а приоритет остальных снижается от номера к номеру. При этом самый низкий приоритетR₀будет обслужиться только при отсутствии всех других запросов, что бывает при поступлении кодируемого сигнала только на один вход Ш, когда он работает как обычный шифратор. Таким образом,приоритетныйшифратор выполняет дополнительную функцию – вырабатывает двоичный код номера старшего из одновременно поступивших нескольких запросов, который и ставится на первоочередное обслуживание.