Что такое полный шифратор

Шифраторы и дешифраторы

Назначение и применение шифраторов и дешифраторов

Одними из очень важных элементов цифровой техники, а особенно в компьютерах и системах управления являются шифраторы и дешифраторы.

Когда мы слышим слово шифратор или дешифратор, то в голову приходят фразы из шпионских фильмов. Что-то вроде: расшифруйте депешу и зашифруйте ответ.

В этом нет ничего неправильного, так как в шифровальных машинах наших и зарубежных резидентур используются шифраторы и дешифраторы.

Шифраторы.

Таким образом, шифратор (кодер), это электронное устройство, в данном случае микросхема, которая преобразует код одной системы счисления в код другой системы. Наибольшее распространение в электронике получили шифраторы, преобразующие позиционный десятичный код, в параллельный двоичный. Вот так шифратор может обозначаться на принципиальной схеме.

К примеру, представим, что мы держим в руках обыкновенный калькулятор, которым сейчас пользуется любой школьник.

Поскольку все действия в калькуляторе выполняются с двоичными числами (вспомним основы цифровой электроники), то после клавиатуры стоит шифратор, который преобразует вводимые числа в двоичную форму.

Все кнопки калькулятора соединяются с общим проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе шифратора, мы тут же получим двоичную форму данного числа на его выходе.

Конечно же, шифратор калькулятора имеет большее число входов, так как помимо цифр в него нужно ввести ещё какие-то символы арифметических действий, поэтому с выходов шифратора снимаются не только числа в двоичной форме, но и команды.

Если рассмотреть внутреннюю структуру шифратора, то несложно убедиться, что он выполнен на простейших базовых логических элементах.

Во всех устройствах управления, которые работают на двоичной логике, но для удобства оператора имеют десятичную клавиатуру, используются шифраторы.

Дешифраторы.

Дешифраторы относятся к той же группе, только работают с точностью до наоборот. Они преобразуют параллельный двоичный код в позиционный десятичный. Условное графическое обозначение на схеме может быть таким.

Если говорить о дешифраторах более полно, то стоит сказать, что они могут преобразовывать двоичный код в разные системы счисления (десятичную, шестнадцатиричную и пр.). Всё зависит от конкретной цели и назначения микросхемы.

Простейший пример. Вы не раз видели цифровой семисегментный индикатор, например, светодиодный. На нём отображаются десятичные цифры и числа к которым мы привыкли с детства (1, 2, 3, 4. ). Но, как известно, цифровая электроника работает с двоичными числами, которые представляют комбинацию 0 и 1. Что же преобразовало двоичный код в десятичный и подало результат на цифровой семисегментный индикатор? Наверное, вы уже догадались, что это сделал дешифратор.

Работу дешифратора можно оценить вживую, если собрать несложную схему, которая состоит из микросхемы-дешифратора К176ИД2 и светодиодного семисегментного индикатора, который ещё называют «восьмёркой». Взгляните на схему, по ней легче разобраться, как работает дешифратор. Для быстрой сборки схемы можно использовать беспаечную макетную плату.

Для справки. Микросхема К176ИД2 разрабатывалась для управления 7-ми сегментным светодиодным индикатором. Эта микросхема способна преобразовать двоичный код от 0000 до 1001, что соответствует десятичным цифрам от 0 до 9 (одна декада). Остальные, более старшие комбинации просто не отображаются. Выводы C, S, K являются вспомогательными.

У микросхемы К176ИД2 есть четыре входа (1, 2, 4, 8). Их ещё иногда обозначают D0 – D3. На эти входы подаётся параллельный двоичный код (например, 0001). В данном случае, двоичный код имеет 4 разряда. Микросхема преобразует код так, что на выходах (a – g) появляются сигналы, которые и формируют на семисегментном индикаторе десятичные цифры и числа, к которым мы привыкли. Так как дешифратор К176ИД2 способен отобразить десятичные цифры в интервале от 0 до 9, то на индикаторе мы увидим только их.

Представим число 0101 в десятичном виде 0101 = 0*8 + 1*4 + 0*2 + 1*1 = 4 + 1 = 5. Теперь взглянем на схему и увидим, что вес разряда соответствует цифре, на которую умножается 0 или 1 в формуле.

Дешифратор на базе технологии ТТЛ – К155ИД1 использовался в своё время для управления газоразрядным цифровым индикатором типа ИН8, ИН12, которые были очень востребованы в 70-е годы, так как светодиодные низковольтные индикаторы ещё были очень большой редкостью.

Всё изменилось в 80-е годы. Можно было свободно приобрести семисегментные светодиодные матрицы (индикаторы) и среди радиолюбителей прокатился бум сборки электронных часов. Самодельные электронные часы не собрал для дома только ленивый.

Источник

Шифраторы, дешифраторы и компараторы кодов

Шифратор — это комбинационное устройство, преоб­разующее десятичные числа в двоичную систему счисле­ния, причем каждому входу может быть поставлено в соот­ветствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.

Если количество входов настолько ве­лико, что в шифраторе используются все возможные ком­бинации сигналов на выходе, то такой шифратор называ­ется полным, если не все, то неполным. Число входов ивыходов в полном шифраторе связано соотношением п = 2т, где п — число входов, т — число выходов.

Рассмотрим пример построения шифратора для преоб­разования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подаётся только на один вход.Условное обозначение шифратора и таблица соответствия кода.

Схема такого шифратора, на элементах ИЛИ.

На практике часто используют шифратор с приоритетом. В таких шифраторах код двоичного числа соответствует наивысшему номеру входа, на который подан сигнал «1», т. е. на приоритетный шифратор допускается по­давать сигналы на несколько входов, а он выставляет на выходе код числа, соответствующего старшему входу.

Если на всех входах — логическая единица, то на всех выходах также логическая единица, что соответствует чис­лу 0 в так называемом инверсном коде (1111).Если хотябы на одном входе имеется логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номе ром входа, на котором имеется логический ноль, и не за­висит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.

Основное назначение шифратора — преобразование номера источника сигнала в код (например, номера нажа­той кнопки некоторой клавиатуры).

Для получения шифраторов с большим числом входов, т. е. наращивания размерности шифратора, объединяют микросхемы шифраторов с дополнительными выводами.

Дешифратором называется комбинационное устрой­ство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логи­ческий сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Число вхо­дов и выходов в так называемом полном дешифраторе свя­зано соотношением т= 2n, где п — число входов, а т— число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называет­ся неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.

Обратимся для примера к дешифраторуК555ИД6. Дешифратор имеет 4 прямых входа,обозначенных через А1, …, A8. Аббревиатура А обозначает «адрес» (от англ. address). Указанные входы называю т- адресными. Цифры определяют значения активного уров­ня (единицы) в соответствующем разряде двоичного числа.

Значение активного уровня (нуля) имеет тот выход, номер которого равен десятичному числу, определяемому двоичным числом на входе. Например, если на всех вхо­дах — логические нули, то на выходе Yo— логический ноль, а на остальных выходах — логическая единица. Если на входе А2 — логическая единица, а на остальных вхо­дах — логический ноль, то на выходе У2 — логический ноль, а на остальных выходах — логическая единица. Если на входе — двоичное число, превышающее 9 (например, на всех входах единицы, что соответствует двоичному чис­лу 1111 и десятичному числу 15), то на всех выходах — ло­гическая единица.

Помимо информационных имеется один или более входов, называемых входами разрешения, или адресными входами. Так, микросхема КР531ИД14 представляет собой два дешифратора 2 х 4, т. е. каждый дешифратор имеет два информационных входа и четыре инверсных выхода, атакже инверсный вход разрешения.

Цифры на входе (1,2) обозначают вес разряда двоич­ного числа, а цифры на выходе (0—3) определяют десятич­ное число, соответствующее заданному числу на входе.

При логической 1 на входе разрешения на всех выхо­дах будут также логические 1. При активизации входа раз­решения, т. е. при Е = 0, логический 0 появляется на том выходе дешифратора, номер которого соответствует деся­тичному эквиваленту двоичного числа, поданного на ин­формационные входы. Благодаря наличию входа разреше­ния можно наращивать размерность дешифраторов. Так, используя 5 дешифраторов 2×4, можно построить дешиф­ратор 4×16.

Очевидно, что если использовать две микросхемы КР531ИД14, т. е. четыре дешифратора 2×4, можно пост­роить неполный дешифратор.

Дешифратор — одно из широко используемых логичес­ких устройств. Его применяют для построения различных комбинационных устройств.

Это основано на том обстоятельстве, что на выходе де­шифратора вырабатываются все возможные логические произведения всех входных переменных (конъюнктивные минтермы).

Подключая к определенным выводам дешифратора логический элемент ИЛИ или используя дешифратор с открытым выходом и реализуя на нем «монтажное ИЛИ», можно реализовать любую логическую функцию.

ИС Компараторов кодов (Comparator) применяются для сравнения двух входных кодов А и В и выдаче на трех выходах результатов сравнения: А=В, А>В, А B).

Источник

Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов: схемы, принцип работы

Типы логических устройств

Логические устройства разделяют на два класса: комбинационные и последовательностные.

Устройство называют комбинационным, если его выходные сигналы в некоторый момент времени однозначно определяются входными сигналами, имеющими место в этот момент времени.

Выходные сигналы последовательностных устройств определяются не только сигналами, имеющимися на входах в данный момент времени, но и состоянием элементов памяти. Таким образом, реакция последовательностного устройства на определенные входные сигналы зависит от предыстории его работы.

Что такое шифратор?

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.

Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно 16 (n = 2 4 = 16), поэтому шифратор 10×4 (из 10 в 4) будет неполным.

Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подается только на один вход. Условное обозначение такого шифратора и таблица соответствия кода приведены на рис. 3.35.

Используя данную таблицу соответствия, запишем логические выражения, включая в логическую сумму те входные переменные, которые соответствуют единице некоторой выходной пере­менной. Так, на выходе у₁ будет логическая «1» тогда, когда логическая «1» будет или на входе Х₁,или Х₃, или Х₅, или Х₇, или X₉, т. е. у₁ = Х₁+ Х₃+ Х₅+ Х₇+X₉

Представим на рис. 3.36 схему такого шифратора, используя элементы ИЛИ.

Источник

Шифратор дешифратор принцип работы. Шифратор

Если число входов шифратора равно 2n, то число выходов, очевидно,

должно быть равным n, т.е. числу разрядов двоичного кода, которым можно закодировать 2n ситуаций.

Проиллюстрируем синтез схемы шифратора при n=3. Таблица истинности имеет вид, приведенный в табл. 2.

Работа шифратора описывается тремя функциями y3, y2, y1, каждая из которых равна единице на четырех наборах (номер набора соответствует номеру входа). Сов ДНФ функций выхода равны:

Три функции реализуются тремя дизъюнкторами (рис. 11), на выходах которых формируется трехразрядный двоичных код.

При этом аргумент x0 не входит ни в одну из логических функций и шина x0 остается незадействованной. Действительно, входному сигналу x0 должен соответствовать код «000», который все равно будет на выходе шифратора, если все остальные аргументы равны нулю.

При построении шифратора для получения на выходе натурального двоичного кода учитывают, что единицу в младшем разряде такого кода имеют нечетные десятичные цифры 1, 3, 5, 7,…, т.е. на выходе младшего разряда должна быть 1, если она есть на входе №1 или на входе №3 и т.д. Поэтому входы под указанными номерами через элемент ИЛИ соединяются с выходом младшего разряда. Единицу во втором разряде двоичного кода имеют десятичные цифры 2, 3, 6, 7,…; входы с этими номерами через элемент ИЛИ должны подключаться к выходу шифратора, на котором устанавливается второй разряд кода. Аналогично, входы 4, 5, 6, 7,… через элемент ИЛИ должны быть соединены с выходом, на котором устанавливается третий разряд, так как их коды имеют в этом разряде единицу, и т.д.

Для расширения разрядности (каскадирования) шифраторов вход E последующего шифратора соединяют с выходом E0.предыдущего. Если информационные входы предыдущего шифратора не возбуждены (E0=0), то последующий шифратор получает разрешение работать.

Рис. 12. Схема шифратора (а) и условное изображение (б)

Шифратор может быть организован не только для представления (кодирования) десятичного числа двоичным кодом, но и для выдачи определенного кода (его значение заранее выбирается), например, при нажатии клавиши с соответствующим символом. При появлении этого кода система оповещается о том, что нажата определенная клавиша клавиатуры.

Шифраторы применяются в устройствах, преобразующих один вид кода в другой. При этом вначале дешифрируется комбинация исходного кода, в результате чего на соответствующем выходе дешифратора появляется логическая 1. Это отображение входного кода, значение которого определено номером возбужденного выхода дешифратора, подается на шифратор, организованный с таким расчетом, чтобы каждый входной код вызывал появление заданного выходного кода.

На рис. 13 показан пример построения линейной и матричной клавиатур на 8 и 64 клавиш соответственно.

В схеме рис. 13, а входной логический ноль формируется путем нажатия соответствующей кнопки и замыкания входной цепи на нулевой потенциал общего провода. При отсутствии воздействия на кнопки входные потенциалы шифратора через резисторы R1…R8 подтянуты к напряжению питания, т.е. имеют пассивные уровни логических единиц. Соответствующий двоичный код номера нажатой кнопки с выхода шифратора поступает в цифровую часть схемы измерительного устройства для последующей обработки. Признаком того, что хотя бы одна из кнопок нажата, является активный уровень сигнала «кнопка нажата», сформированный выводом G микросхемы шифратора. Этот сигнал может служить командой цифровому устройству, к которому подключена клавиатура, на то, чтобы оно приступило к считыванию кода нажатой кнопки. Такой сигнал может быть подан, например, на линию прерывания микропроцессорной системы.

Рис.9.9. Символическое изображение шифратораи его таблица истинности

Рис.9.10. Логическая схема шифратора

При частотно-импульсном способе кодирования каждая команда передается определенными частотами, отличающимися друг от друга. При частотно-импульсном кодировании аппаратура более устойчива к помехам. Основным недостатком аппаратуры является ограниченное число команд из-за сложности дешифратора. В дешифраторе используют LC-фильтры. Изготовить и настроить эти фильтры без определенных навыков и оборудования невозможно, это усложняет схему.

Предлагаю читателям несложную аппаратуру дистанционного управления. Она построена по принципу частотно-импульсного кодирования, собрана на микросхемах. Отличительными особенностями являются ее помехоустойчивость и отсутствие ЬС-фильтров в дешифраторе, что делает аппаратуру простой в наладке.

Счетчик выполняет роль делителя частоты на 16. На выводе 12 DD2 появляется сигнал с частотой 62,500 Гц, который поступает на счетчики DD3 и DD4. На выводе 12 DD3 появляются импульсы с частотой 3906,25 Гц, которые формируют команду 5. На выводах 9, 8, 11, 12 DD4 появляются частоты 1953,125 Гц, 976,5525 Гц, 488,28125 Гц и соответственно образуют команды 3, 4, 1, 2, которые через переключатели S1. S4 подаются на модулятор передатчика при нажатии на одну из кнопок. В отжатом состоянии на модулятор подается команда 5, не несущая информации, так называемая команда сброса.

Резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25. Конденсаторы типа КМ, микросхемы К555 можно заменить на микросхемы К155, но при этом ток потребления схемы увеличивается. Схема собрана на плате из текстолита размером 75х60 мм. На рис.2 приведена печатная плата шифратора.

Наладка. Правильно собранная схема наладки не требует. 0сциллографом и частомером проверяют наличие сигналов в контрольных точках схемы (рис.1): вывод 12 DD2, вывод 12 DD3, вывод 9, 8, 11, 12 DD4. Резисторы R1, R3 определяют стабильную работу задающего генератора. Это зависит от типа кварцевого резонатора.

Наладка. Правильно собранная схема начинает работать сразу. После проверки правильности монтажа подключают настроенный шифратор к дешифратору. Подавая по очереди команды резисторами r4, R6, R8, R10, настраивают каналы дешифратора. Включение светодиодов Н1-Н2 облегчает процедуру наладки. При срабатывании команды соответствующий светодиод светится. Далее осциллографом контролируют импульсы соответствующего канала. Для первого канала на выводах 12, 13 DD2.1 длительности импульсов должны быть одинаковые, при этом на выводе 11 DD2.1 должен быть уровень лог.»0″. При необходимости более точно настройку повторяют резистором R4 и конденсатором С1. Остальные каналы настраивают идентично.

1. Проскурин А. А. Модульная аппаратура радиоуправле-ния.М.: ДОСААФ СССР, 1988.

2. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы.-М.:Радио и связь,1989.

3. Миль Г. Модели с дистанционным управлением.-Л.: Судо-строение,1984.

Одними из очень важных элементов цифровой техники, а особенно в компьютерах и системах управления являются шифраторы и дешифраторы.

Когда мы слышим слово шифратор или дешифратор, то в голову приходят фразы из шпионских фильмов. Что-то вроде: расшифруйте депешу и зашифруйте ответ.

В этом нет ничего неправильного, так как в шифровальных машинах наших и зарубежных резидентур используются шифраторы и дешифраторы.

Шифраторы.

Таким образом, шифратор (кодер), это электронное устройство, в данном случае микросхема, которая преобразует код одной системы счисления в код другой системы. Наибольшее распространение в электронике получили шифраторы, преобразующие позиционный десятичный код, в параллельный двоичный. Вот так шифратор может обозначаться на принципиальной схеме.

К примеру, представим, что мы держим в руках обыкновенный калькулятор, которым сейчас пользуется любой школьник.

Поскольку все действия в калькуляторе выполняются с двоичными числами (вспомним основы цифровой электроники), то после клавиатуры стоит шифратор, который преобразует вводимые числа в двоичную форму.

Все кнопки калькулятора соединяются с общим проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе шифратора, мы тут же получим двоичную форму данного числа на его выходе.

Конечно же, шифратор калькулятора имеет большее число входов, так как помимо цифр в него нужно ввести ещё какие-то символы арифметических действий, поэтому с выходов шифратора снимаются не только числа в двоичной форме, но и команды.

Во всех устройствах управления, которые работают на двоичной логике, но для удобства оператора имеют десятичную клавиатуру, используются шифраторы.

Дешифраторы.

Дешифраторы относятся к той же группе, только работают с точностью до наоборот. Они преобразуют параллельный двоичный код в позиционный десятичный. Условное графическое обозначение на схеме может быть таким.

Если говорить о дешифраторах более полно, то стоит сказать, что они могут преобразовывать двоичный код в разные системы счисления (десятичную, шестнадцатиричную и пр.). Всё зависит от конкретной цели и назначения микросхемы.

Всё изменилось в 80-е годы. Можно было свободно приобрести семисегментные светодиодные матрицы (индикаторы) и среди радиолюбителей прокатился бум сборки электронных часов. Самодельные электронные часы не собрал для дома только ленивый.

Десятичный дешифратор

Таблица 1. Таблица истинности десятичного дешифратора.

Микросхемы дешифратора на принципиальных схемах приведено на рисунке 2. На этом рисунке приведено обозначение двоично-десятичного дешифратора, полная внутренняя принципиальная схема которого изображена на рисунке 1.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение двоично-десятичного дешифратора

Точно таким же образом можно получить принципиальную схему и для любого другого декодера (дешифратора). Наиболее распространены схемы восьмеричных и шестнадцатеричных дешифраторов. Для индикации такие дешифраторы в настоящее время практически не используются. В основном такие дешифраторы используются как составная часть более сложных цифровых модулей.

Семисегментный дешифратор

Рисунок 3. Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов

Для изображения на таком индикаторе цифры 0 достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f. Для изображения цифры «1» зажигают сегменты b и c. Точно таким же образом можно получить изображения всех остальных десятичных или шестнадцатеричных цифр. Все комбинации таких изображений получили название семисегментного кода.

Составим таблицу истинности дешифратора, который позволит преобразовывать двоичный код в семисегментный. Пусть сегменты зажигаются нулевым потенциалом. Тогда таблица истинности семисегментного дешифратора примет вид, приведенный в таблице 2. Конкретное значение сигналов на выходе дешифратора зависит от к выходу микросхемы. Эти схемы мы рассмотрим позднее, в главе, посвящённой отображению различных видов информации.

Таблица 2. Таблица истинности семисегментного дешифратора

В соответствии с принципами построения произвольной таблицы истинности по произвольной таблице истинности получим принципиальную схему семисегментного дешифратора, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 2. На этот раз не будем подробно расписывать процесс разработки схемы. Полученная принципиальная схема семисегментного дешифратора приведена на рисунке 4.

Источник