Шифраторы. Назначение и применение шифраторов и дешифраторов Радиоуправление шифратор дешифратор

Применение шифраторов

Шифратор осуществляет преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. На рис.9.9 приведено символическое изображение шифратора, преобразующего десятичные числа 0, 1, 2, … , 9 в выходной код 8421 и его таблица истинности. Символ CD образован из букв английского слова Coder . Слева показаны 10 входов шифратора, справа – выходы шифратора; цифрами 1,2,4,8 обозначены весовые коэффициенты двоичных четырёх разрядов шифратора.

Из таблицы истинности видно, что выходу x 1 будет соответствовать лог. 1 , если одна из входных переменных y 1 , y 3 , y 5 , y 7 , y 9 будет также иметь лог. 1 . Следовательно, можно составить логическую операцию x 1 =y 1 y 3 y 5 y 7 y 9 . Для остальных выходов можно составить логические операции: x 2 =y 2 y 3 y 6 y 7 , x 4 =y 4 y 5 y 6 y 7 , x 8 =y 8 y 9.

Рис.9.9. Символическое изображение шифратораи его таблица истинности

Используя полученные логические операции, можно реализовать логическую схему шифратора, построенную на логических элементах ИЛИ , приведённую на рис.9.10. Шифраторы используются в устройствах ввода информации в цифровые системы с клавиатуры.

Рис.9.10. Логическая схема шифратора

Тема урока: Шифраторы и дешифраторы. Назначение, структура, применение

Общие сведения

Дешифраторы и шифраторы (также, как и элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ) являются комбинационными элементами: потенциалы на их выходах зависят от сиюминутного состояния входов, с их изменением меняется и ситуация на выходах; такие элементы не сохраняют предыдущее состояние после смены потенциалов на входах, т.е. не обладают памятью.

Дешифраторы могут быть полными и неполными. Полные дешифраторы реагируют на все входные коды, неполные – на коды, величина которых не превосходит некоторого заранее установленного значения. Выходы дешифраторов могут быть прямыми и ин-версными.

Шифраторы выпускаются приоритетными и не приоритетными. У приоритетного шифратора входы имеют разный приоритет. Возбужденный вход с большим приоритетом подавляет действие прежде возбужденного и устанавливает на выходах код, соответ-ствующий своему значению..

Знание материала, излагаемого в данной теме, дадут студенту возможность правильного выбора дешифраторов и шифраторов в зависимости от требуемой разрядности, необходимости использования управляющих входов этих элементов и категории выходов. Он научится организовывать структуры с большим числом входов на маловходовых элементах, а также осуществлять адресацию устройств кодами, разрядность которых превосходит разрядность используемых элементов.

Структура дешифратора.

Каждому цифровому коду на входах дешифратора (рис. 3.2, а, б) соответствует логиче-ская 1 (или логический 0) на соответствующем выходе. Иными словами, каждый входной код адресует соответствующий выход, который при этом возбуждается. Поэтому входы дешифратора часто называют адресными. Стоящие возле них цифры (1,2,4…) показывают как соотносятся веса разрядов поступающего двоичного числа.

Выходы дешифратора оцифрованы десятичными числами. Возбуждается тот выход, но-мер которого равен весу входного кода, разряды которого имеют обозначенные веса, т.е. дешифратор расшифровывает (дешифрирует) число, записанное в двоичном коде, представляя его логической 1 (логическим 0) на соответствующем выходе. Так, выход 5 возбуждается при входном коде 101, выход 6 – при входном коде 110 и т.д. Удобно представлять, что выход дешифратора отображает возбудивший его входной код.

Вход V является входом разрешения работы. Если он инверсный (обозначен кружком) , то для функционирования дешифратора на нем должен быть лог. 0 (достаточно этот вход соединить с общим проводом – “землей”). Прямой вход V через резистор соединяется с источником питания. Наличие входа разрешения расширяет функциональные возможности микросхемы.

Дешифратор выбирается так, чтобы число его входов соответствовало разрядности по-ступающих двоичных кодов. Число его выходов равно количеству различных кодов этой разрядности. Так как каждый разряд двоичного кода принимает два значения, то полное количество n-разрядных комбинаций (n-разрядных двоичных кодов) равно 2n. Такое число выходов имеет полный дешифратор.

Неполный дешифратор выбирается, когда некоторые значения адресных кодов не отра-жают физической реальности. Так, например, дешифратор, предназначенный для фикса-ции двоичных кодов десятичного разряда (в нем могут быть цифры 0,1,2…9), должен иметь четыре входа (910 отображается как 10012). Однако комбинации, большие 10012 отображают не цифру, а число, и поэтому (хотя и могут появляться на входах) не должны фиксироваться на выходах, число которых может не превышать десяти.

Основу структуры дешифратора могут составлять элементы И; выход каждого из них является выходом дешифратора. Если этот выход должен быть возбужден, то на входах элемента И должны собираться логические единицы. При этом разряды входного кода, в которых присутствуют логические единицы, должны поступать на входы элемента И не-посредственно, а нулевые разряды должны инвертироваться.

Дешифраторы и шифраторы существуют:

с прямыми входами

с инверсными входами

неполные

неприоритетные

приоритеные

Некоторые типы дешифраторов имеют инверсные выходы: на возбужденном (активизированном) выходе присутствует логиче-ский 0, в то время как на всех других – логические 1. Такие дешифраторы удобно использовать, когда активным сигналом для вы-бора (ввода в действие, инициализации) устройства с выхода дешифратора является логический 0.

Расширение разрядности дешифратора

Общий случай расширения разрядности дешифраторов иллюстрирует рис.3.4. Левый (по схеме) дешифратор постоянно активизирован логической 1 на входе V. Кодами на его ад-ресных входах может быть активизирован (выбран) любой из дешифраторов DC0…DC15. Выбор одного из выходов 0…15 каждого из них определяется кодом на объединенных входах 1, 2, 4, 8. Таким образом, любой из 256 (28) выходов может быть активизирован восьмиразрядным кодом, четыре разряда которого выбирают номер дешифратора, а четы-ре – номер его выхода.

Применение дешифраторов

Основное назначение дешифратора состоит в том, чтобы выбрать (адресо-вать, инициализировать) один объект из множества находящихся в устройстве. Рис. 3.5 иллюстрирует это применение. Каждому объекту присваивают определенный адрес (номер). Когда на входы дешифратора поступает двоичный код адреса, соответствующий элемент активизируется за счет появления логического 0 на связанном с ним выходе де-шифратора, а остальные элементы ос-таются заблокированными.

Можно предусмотреть, чтобы с одного из выходов дешифратора на определенный блок поступал управляющий сигнал, когда на входах дешифратора появляется определенный код, соответствующий, например, превышению какого-либо параметра (температуры, напряжения и т.д.), который должен быть приведен к нормальному уровню указанным блоком.

Когда число адресуемых устройств невелико, многие выходы дешифратора остаются неза-действованными. При этом может оказаться целесообразным (в частности, по экономическим соображениям) использовать не микросхему дешифратора, а реализовать ее фрагмент логическими элементами.

На дешифраторе могут быть реализованы логические функции. Пусть, к примеру, y = />3 x2 />1 + />3 x2 x 1 + x3 />2 x 1. Логические переменные подаются на адресные входы дешифратора. Первая конъюнкция (ее вес равен 2) возбуждает выход №2, вторая – выход №3, третья – выход №5. Так как условие y = 1 должно иметь место при наличии любой из этих конъюнкций, то выходы 2, 3 и 5 надо объединить дизъюнкцией.

Шифраторы

Структура шифратора.

Шифратор решает задачу, обратную дешифратору: в частности, на его выходах устанавливается двоичный код, соответствующий десятичному номеру возбужденного информационного входа.

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. Аналогич-но, 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.

Возможно построение схемы шифратора, где E – вход разрешения работы, а Е0– выход, логический 0 на котором свидетельствует о том, что ни один информационный вход не возбужден. 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.

Назначение и применение шифраторов и дешифраторов

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

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.

бразования будет рассмотрен в третьей части учебника.

Вопросы для самоконтроля

Что такое дешифратор?

Как обозначается линейный дешифратор?

Объяснить принцип работы демультиплексора

Что такое шифратор?

Где используют шифраторы?

Что такое мультиплексор?

Вид урока: комбинированный урок.

Технология: личностно-ориентированная.

Время проведения: 45 минут.

Оборудование: компьютерный класс, оснащенный современной техникой и лицензированным программным обеспечением.

Цели урока:

повторить способы представления информации в ЭВМ;
сформировать первичное представление об устройстве компьютера, о назначении его составных частей;
побудить интерес к изучению информатики.

Задачи урока:

Обучающая – формирование у учащихся представлений о единой картине мира (одинаковые способы кодирования информации различных видов).

Развивающая - развить логическое мышление школьников через установление причинно-следственных связей.

Воспитательные – воспитание познавательного интереса учащихся, умения слушать, аккуратности в работе, трудолюбия.

Подготовка к уроку.

Для урока были подготовлены:

Презентация, слайды, которые демонстрировались на экран с помощью проектора (приложение 1).

Электронная модель шифратора, построенная с помощью программы Excel. На рабочем листе размещена таблица истинности, логическая схема шифратора и смоделирована его работа (приложение 2).

Оформление доски.

На доске записаны тема урока, также план урока для учащихся:

Представление информации в ЭВМ.
Устройство для кодирования информации - шифратор.
Схема шифратора для кодирования числовой информации.

План урока для учителя.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Мотивационное начало урока.

Учитель. Тема сегодняшнего урока – “Шифраторы. Назначение и принцип построения”. В ходе урока мы с вами должны изучить устройство, с помощью которого информация попадает в компьютер. Но перед этим нам с вами необходимо вспомнить о способах представления информации в ЭВМ.

Вопрос. Информацию каких видов может обрабатывать современный компьютер?

Ответ. Числовую, текстовую, графическую и звуковую информацию. Информация каждого вида должна быть представлена в форме, понятной компьютеру

Вопрос. В каком виде данная информация представлена в компьютере?

Ответ. Числовая, текстовая, графическая и звуковая информация в компьютере представлена в виде двоичных кодов.

Вопрос. Почему для представления информации в ЭВМ был выбран именно двоичный код?

Ответ. Алфавит двоичного кода составляют символы 0 и 1. Технически реализовать два различных состояния значительно проще, например отсутствие напряжения может изображать 0, наличие – 1; участок поверхности магнитного диска (намагничен/не намагничен); участок поверхности лазерного диска (отражает/не отражает).

Вопрос. Назовите устройства для ввода информации в компьютер?

Ответ. Клавиатура, мышь, сканер, микрофон, фотоаппарат, видеокамера.

III. Объяснение темы урока.

Современный компьютер может обрабатывать, как мы уже знаем, числовую, текстовую, графическую и звуковую информацию. Информация для обработки должна быть представлена в виде понятной компьютеру. Мы также назвали устройства, с помощью которых информация вводится в компьютер. Это, прежде всего клавиатура. Рассмотрим, как преобразуется информация, прежде чем появиться на мониторе.

Из схемы, показанной на Рисунке 1 видно, что процессор компьютера обрабатывает информацию, только представленную в виде двоичных чисел и внутренних кодов. Информация с клавиатуры, прежде чем попасть на обработку в процессор поступает на кодирующее устройство - шифратор . Название “шифратор” связано с тем, что первые коды (шифры) появились еще в глубокой древности и использовались для засекречивания важных сообщений от тех, кому они не были предназначены. В задачу нашего кодирования входит не засекречивание сообщений, а иная цель: преобразовать входную информацию в вид понятный компьютеру. Предназначенное для этой цели кодирующее устройство (шифратор) сопоставляет каждому символу исходного текста определенное двоичное число (код). Далее информация в виде двоичного кода поступает на обработку в процессор. После обработки информация через дешифратор (устройство для обратного преобразования) поступает на устройство вывода. Рассмотрим более подробно устройство для кодирования числовой информации. Для ввода числовой информации в компьютер может быть использована обыкновенная клавиатура, которая содержит десятичные цифры. Как известно, основанием системы счисления является число знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе счисления. Для десятичной системы счисления число таких символов десять, это - 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. В двоичной системе счисления таких знаков два – 0 и 1. Следовательно, кодирующее устройство (шифратор) должно преобразовать входную информацию в виде десятичного числа в двоичное число, т.е. каждой цифре десятичной системе счисления поставить в соответствие определенный код двоичного числа. Мы с вами знакомы с правилами перевода чисел из десятичной системы счисления в двоичную систему счисления. Также нам известно, что для представления цифры 9 в двоичной системе счисления необходимо четырехразрядное двоичное число. Составим таблицу истинности.

Таблица 1

Десятичное число	Двоичный код числа
Десятичное число	Четвертый разряд	Третий разряд	Второй разряд	Первый разряд
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

В таблице записаны десятичные числа и им поставлены в соответствие двоичные. Проанализировав таблицу, можно сделать следующие выводы, необходимые для построения кодирующего устройства. Входное устройство должно содержать десять клавиш, от 0 до 9. На выходе устройства будет четырехразрядный двоичный код. Причем, на выходе первого разряда информация (логическая 1) будет, в случае если нажаты клавиши 1,3,5,7,9. На выходе второго разряда 1 будет в случае, когда нажаты клавиши 2,3,6,7. На выходе третьего разряда 1 будет в случае, когда нажаты клавиши 4,5,6,7. На выходе четвертого – когда нажаты клавиши 8 или 9. Для построения устройства нам необходимы логические элементы ИЛИ, которые объединят информацию с клавиш и выдадут ее на соответствующий разряд.

Схема такого устройства изображена на рисунке 2. Условное изображение шифратора, используемое на логических схемах, изображено на рисунке 3.

IV. Этап общения, систематизации знаний и закрепление изученного.

Учитель. Для закрепления изученного материала мы проверим работу шифратора на электронной модели. На электронной модели показано: таблица истинности шифратора, условное изображение на логических схемах, электрическая схема и клавиши ввода. Для проверки работы шифратора достаточно выбрать любую десятичную цифру и нажать соответствующую ей клавишу. На выходе шифратора появится двоичный код числа, причем единицы будут показаны красным цветом. Необходимо проверить соответствие полученного двоичного кода содержанию таблицы истинности. Приступим.

Ученики выполняют работу на компьютерах.

V. Подведение итогов. Домашнее задание.

Сегодня мы с вами познакомились с устройством, которое нашло широкое применение в современной технике. Каждый из нас с кодирующими устройствами сталкивается многократно в течение дня. Это, прежде всего, вычислительная техника, телефон, пульт дистанционного управления телевизором, микроволновая печь, стиральная машина и другие предметы бытовой техники.

В качестве домашнего задания я попрошу вас к следующему уроку повторить представленный материал, и определить в какой бытовой технике, не названной мною, нашли практическое применение шифраторы. Спасибо! До свидания!

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.

Схема шифратора, построенная в соответствии с изложенным принципом, приведена на рис. 3.9,а, а условное изображение - на рис. 3.9, б, где E - вход разрешения работы, а Е 0 - выход, логический 0 на котором свидетельствует о том, что ни один информационный вход не возбужден. Для расширения разрядности (каскадирования) шифраторов вход E последующего шифратора соединяют с выходом E 0 .предыдущего. Если информационные входы предыдущего шифратора не возбуждены (E 0 =0), то последующий шифратор получает разрешение работать.

набора

Информационные входы

Выходы

набора

3.1.2 Шифраторы

Шифрирование это способ сжатия данных за счет преобразования m -разрядного унитарного (десятичного) кода в n -разрядный двоичный или двоично-десятичный код (m > n ). Шифраторы (CD , coder ) выполняют функцию, обратную функции дешифратора. При поступлении сигнала на один из входов шифратора на его выходах формируется код, соответствующий номеру этого входа.

Полный шифратор (m – n ) имеет m = 2 n входов и n выходов, если m < 2 n , то шифратор не полный. Также он может быть неприоритетным, если разрешена подача только одного активного сигнала или приоритетным, если допускается подача одновременно нескольких активных сигналов на входы.

Принцип работы полного неприоритетного шифратора (4 – 2) поясняется таблицей истинности (таблица 1).

Таблица истинности неприоритетного шифратора (4 – 2) Таблица 1

Карты Карно для минимизации схемы шифраторов обычно не используются вследствие сложности составления при большом количестве переменных.

Из таблицы (1) следует, что младший разряд F 0 кода на выходе шифратора равен единице, когда на нечетных входах присутствует единица:

Старший разряд F 1 кода на выходе шифратора равен единице, когда на входах X 3 , X 2 присутствует единица:

Следовательно, схема шифратора (4 – 2) может быть реализована с помощью двух элементов 2ИЛИ (рис. 1, а).

Рис. 1 Схемы неприоритетного шифратора (4 – 2) на элементах 2ИЛИ (а), 2ИЛИ-НЕ (б)

Для инверсной записи (рис. 1, б):

Один из входных сигналов шифратора обязательно имеет единичное значение (таблица 1). Если на входах X 1 , X 2 , X 3 нулевые значения, это означает, ч то на входеX 0 логическая единица, соответствующая набору 0, и этот вход к схеме может быть не подключен (рис. 1, а). Аналогично для X 3 в схеме шифратора на рис. 1, б. Схемы шифраторов на рисунке отличаются зеркальной перестановкой входов (в обоих случаях младший разряд X 0 , старший X 3 ) и инвертированием выходных сигналов (рис.1, б).

У шифраторов обычно имеются служебные входы и выходы:

- Разрешающий (стробирующий) вход EI (EN ) для выбора времени срабатывания шифратора при условии EI =1, также для наращивания разрядности входного кода.

- Разрешающий выход EO (EN ), определяет отсутствие сигналов на всех информационных выходах (EO = 1). Используется для увеличения разрядности путем подключения дополнительных шифраторов, условие подключения EO =1.

- Разрешающий выход GS (CS ), указывает на наличие информационного сигнала хотя бы на одном входе, принимая значение GS = 1. Обеспечивает согласование работы шифратора и внешних устройств (микропроцессор). Может применяться в схеме наращивания разрядности шифратора для исключения ошибок преобразования кодов.

Одно из основных назначений шифратора – ввод данных в цифровые устройства с помощью клавиатуры. Шифраторы, которые при одновременном нажатии нескольких клавиш вырабатывают код только старшей цифры, называют приоритетными. Если эти шифраторы выявляют старшую (левую) единицу и формируют двоичный код соответствующего единице десятичного номера, то называются указателями старшей единицы (обозначение элемента HPR 1/ BIN ).

В таблице истинности указателя старшей единицы (таблица 2) символом «Х» обозначены значения входных переменных, которые не важны для устройства и могут быть равны 0 или 1. Интерес представляют единицы в старшем разряде соответствующего набора.

Символом « – » обозначены значения переменных, которые не поступают в шифратор, т.к. на разрешающем входе EI сигнал логического нуля, на выходе F 1 F 0 = 00.

Пример : если нажата клавиша старшего разряда Х 3 (набор 5), что соответствует кодам 3 10 = 11 2 , нажатие других клавиш должно игнорироваться.

Таблица истинности указателя старшей единицы (4 – 2) Таблица 2
набора	Служебные			Информационные
	вход	выходы		Входы				Выходы
	EI	GS	EO	X 3	X 2	X 1	X 0	F 1	F 0

В соответствии с правилом склеивания для выхода F 1 .