Что такое декодер?
Декодер — это тип схемы, которая может переводить состояние входного двоичного кода в выходной сигнал, чтобы выразить его исходное значение. Можно сказать, что схема, реализующая конкретный смысл состояния кода, называется декодером.
Каталог |
Ⅰ Что такое декодер? |
Ⅱ Классификация |
Ⅲ Принцип работы и схемы |
Ⅰ Что такое декодер?
Декодер представляет собой тип устройства комбинационной логической схемы с несколькими входами и множеством выходов, который можно разделить на два типа: декодирование переменных и декодирование отображения . Переменный декодер, как правило, представляет собой устройство, которое преобразует меньше входных данных в большее количество выходных данных, и существует два распространенных типа: декодирование n-строк-2^n-строк и декодирование кода 8421BCD. Декодеры дисплея используются для преобразования двоичных чисел в соответствующие семисегментные коды.
Декодирование — это процесс, обратный кодированию. При кодировании каждому двоичному коду придается определенное значение, то есть он представляет собой определенный сигнал или объект. Процесс «трансляции» конкретного значения состояния кода называется декодированием, а схема, реализующая операцию декодирования, называется декодером. Другими словами, декодер — это схема, которая может переводить состояние входного двоичного кода в выходной сигнал, чтобы выразить его исходное значение.
В зависимости от необходимости выходной сигнал может быть импульсным, высокого или низкого уровня.
Ⅱ Классификация
Существует много типов декодеров, но их принципы работы, методы анализа и проектирования схожи. Среди них двоичные декодеры, двоично-десятичные декодеры и декодеры дисплея являются тремя наиболее типичными и широко используемыми схемами декодирования.
Декодер двоичного кода, также называемый декодером минимального элемента, принимает один декодер из N. Декодер минимального элемента обычно преобразует двоичный код в десятичный код;
Декодер транскодирования предназначен для преобразования одной кодировки в другую;
Декодер дисплея обычно преобразует код в десятичный код или конкретный код и отображает состояние декодера через устройство отображения.
Ⅲ Принцип работы и схемы
Декодер представляет собой логическую схему с функцией «трансляции». Эта схема может переводить различные состояния входного двоичного кода в соответствующие выходные сигналы в соответствии с ее первоначальным назначением. Некоторые декодеры оснащены одним или несколькими входными клеммами включения управления, которые становятся клеммами выбора чипа для управления тем, разрешено или запрещено декодирование.
Рисунок 1. Схема декодера 74LS138
На рисунке 1 74138 представляет собой декодер строк 3–8. Три входных терминала CBA имеют в общей сложности 8 комбинаций состояний (000–111), которые могут декодировать 8 выходных сигналов Y0–Y7. Этот тип декодера имеет три входных разъема включения. Когда G2A и G2B равны 0, а G1 равен 1, декодер находится в рабочем состоянии и выводит низкий уровень. Когда декодер отключен, он выдает высокий уровень.
Структура схемы декодера
Прежде чем обсуждать функции декодера, давайте взглянем на внутреннюю структуру декодера.
Рисунок 2. Внутреннее устройство декодера
На рисунке 3 ниже показан декодер с двумя входами, в основном состоящий из схемы И, а его выход равен 22 (то есть 4). Каждый его выход соответствует минимальному элементу, что видно из рисунка. В этой схеме, когда значение входа BA равно 10, что соответствует десятичному числу 2, его выход F2 имеет высокий уровень, а остальная часть выхода равна 0.
Рисунок 3. Декодер с 2 входами, состоящий из схемы И.
На рисунке 4 ниже также показан декодер с двумя входами, но поскольку он в основном состоит из вентиля И-НЕ, каждый выход соответствует минимальному члену ИЛИ-НЕ. В этой схеме, когда вход BA равен 10, его выход F2 больше не равен 1, а выход равен 0, а остальные выходы равны 1.
Рисунок 4. Декодер с 2 входами, состоящий из схемы логического элемента И-НЕ.
Мы рассматриваем следующую схему декодера как эффективный выходной низкий уровень (то есть, когда входная переменная соответствует десятичному i, соответствующий i-й выходной терминал имеет низкий уровень, а остальные - высокий уровень). Разумеется, предыдущий декодер активен на высоком уровне.
Две цепи, перечисленные выше, имеют 2 входа. То же самое относится и к случаю, когда входов больше двух. Также могут быть выходные данные высокого уровня и эффективные выходные данные низкого уровня.
Реализуйте логическую функцию с помощью декодера
Поскольку любая комбинационная логическая схема может быть записана в форме выражения минимального члена, а на выходе схемы декодера перечислены все выражения минимального члена (или невыражение минимального члена) схемы, мы можем использовать схемы декодера для реализовать различные комбинационные логические схемы.
Пример: реализация F(X,Y,Z)=∑(0,1,4,6,7)=∏M(2,3,5) с помощью схемы декодирования.
Мы можем реализовать эту логическую функцию несколькими способами. На рисунке 5 показаны четыре метода. Из этих четырех цифр вы сможете сформулировать правила.
Рисунок a представляет собой метод реализации эффективного выхода высокого уровня плюс логический элемент ИЛИ;
На рисунке b показан метод реализации эффективного выхода низкого уровня плюс вентиль И-НЕ;
На рисунке c показан метод реализации эффективного выхода высокого уровня плюс вентиль ИЛИ-НЕ;
На рисунке d показан метод реализации эффективного выхода низкого уровня плюс вентиль И-НЕ;
Рисунок 5. Реализация логической функции с помощью декодера
Включить входы
Вывод разрешения часто встречается в интегральных схемах среднего размера. Вывод включения может быть как входным, так и выходным. Он используется для расширения функций интегральных схем среднего масштаба. На рисунке 6а показан декодер с двумя входами, дополненный входом E. Из-за добавления входного терминала E его функция изменилась. Когда E=0, его выход равен 0. Если декодер не добавляет терминал E, он активен на высоком уровне. В настоящее время ни одна из его выходных клемм не находится в рабочем состоянии. Мы можем понять, что когда E=0, декодер не работает; когда E=1, мы видим, что декодер может работать нормально. Мы называем клемму включения, которая может нормально работать при E=1, активным высокого уровня. Рисунок b ниже представляет собой упрощенный логический символ.
Рисунок 6. Схема включения входов
На следующем рисунке 7 показан пример использования терминала включения для преобразования двух декодеров с 2 входами в декодер с 3 входами. Когда I2 имеет низкий уровень, на входе разрешения первого декодера высокий уровень. Когда I2 имеет высокий уровень, декодер 2 работает, а второй декодер в это время не работает, поэтому выход декодера 1 соответствует 0–3 входа I3I2I1; когда I2 высокий, декодер 2 работает, а декодер 1 не работает, поэтому его выход соответствует 4-7 входа I2I1I0. Таким образом, схема на рисунке ниже реализует использование терминала включения для расширения декодера с 2 входами до декодера с 3 входами.
Рис. 7. Используйте терминал включения для преобразования двух декодеров с 2 входами в декодеры с 3 входами.
Стандартная схема декодера среднего размера
В интегральных схемах среднего размера существует несколько типов декодеров. Наиболее широко используется обычно 74138, который представляет собой декодер 3-8. На следующем рисунке 8 показаны его логические символы и назначения контактов. В следующей таблице перечислены логические функции устройства. Из таблицы видно, что на его выходе активный низкий уровень, на клемме разрешения G1 активный высокий уровень, а /G2, /G3 активный низкий уровень. Когда один из них имеет низкий уровень, все выходные клеммы равны 1.
Рисунок 8. Логический символ декодера от 3 до 8, расположение контактов и логическая функция
Пример: попробуйте 74138, чтобы реализовать функцию F(X,Y,Z)=∑m(0,2,4,7).
Использование 74138 для реализации функции аналогично методу декодера для реализации упомянутой выше логической функции, но необходимо обратить внимание на два момента:
Выход 1,74138 является эффективным на низком уровне, поэтому при реализации логических функций выходной терминал не может быть подключен к логическому элементу ИЛИ и логическому элементу ИЛИ (поскольку каждый раз только один имеет низкий уровень, остальные имеют высокий уровень);
2.74138 отличается от предыдущего тем, что имеет клемму включения, поэтому клемму включения необходимо обрабатывать, иначе требуемая логическая функция не может быть реализована. На следующем рисунке показана окончательная схема.
Декодирование дисплея
Принцип работы часто используемых устройств отображения
Обычные цифровые дисплеи в цифровых системах обычно включают в себя газокислые трубки со светодиодами (LED) и газокислородные трубки с жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-никелевые трубки). Светодиодная цифровая трубка использует светодиоды для формирования штрихов для отображения чисел. Поскольку светодиоды излучают свет, светодиодная цифровая трубка подходит для различных случаев. Цифровая трубка с жидкокристаллическим дисплеем использует жидкокристаллический материал для поглощения света под действием переменного напряжения, и без действия переменного электрического поля не существует хода, поэтому он может отображать число. Но поскольку жидкокристаллический материал должен иметь свет, его можно использовать только в ситуациях, когда нет внешнего света (ЖК-дисплей портативных компьютеров можно использовать в ночное время под действием подсветки). Одним из самых больших преимуществ жидкокристаллических дисплеев является экономия энергии, поэтому они широко используются для цифровых дисплеев небольших устройств, таких как небольшие калькуляторы.
На следующем рисунке 9 показана внутренняя структура светодиодной цифровой трубки и отображение цифр. Это своего рода светодиодная цифровая трубка с соединенным в нее анодом. Мы обычно называем ее цифровой лампой с общим анодом. Поскольку существует цифровая лампа с общим анодом, существует цифровая лампа с общим катодом.
Рисунок 10. Внутреннее устройство светодиодной цифровой трубки и отображение цифровой ситуации
Схема управления декодированием светодиодов
Светодиоды должны иметь только прямую проводимость. В зависимости от того, является ли общий электрод светодиода анодом или катодом, существует два типа декодеров, а именно: эффективный низкоуровневый декодер для общего анода; эффективный декодер высокого уровня для светодиода с общим катодом.
4511 — это декодер CMOS-дисплея с эффективным выходным сигналом высокого уровня. Его входной код — 8421BCD. На рисунке и в таблице ниже показано расположение контактов, логический символ и таблица логических функций 4511 соответственно.
Рисунок 10. Расположение контактов, логические символы и логические функции 4511.
На рисунке:
/LT: низкий уровень эффективен, когда он низкий, все ходы включены, если нет, это означает, что есть проблема с ходом;
/BL: активен низкий уровень, когда он низкий, независимо от состояния входных данных, все выходные данные имеют низкий уровень, то есть все штрихи отключены;
/ST/LE: Полюс стробоскопа/защелки, который представляет собой мультиплексированный функциональный терминал. Когда входной сигнал низкий, его выходной сигнал связан с входной переменной; Когда на входе высокий уровень, его выход такой же, как и состояние до того, как конец станет высоким. Независимо от того, как изменяется входная клемма DCBA, ее отображаемое значение остается неизменным.
D, C, B, A: ввод кода 8421BCD, бит D является старшим битом;
a～g: Выходная клемма имеет высокий уровень эффективности, поэтому ее выход должен соответствовать цифровой лампе ее катода.
Драйвер ЖК-декодера
Схема драйвера декодера ЖК-дисплея отличается от схемы драйвера декодера светодиода. Его выходной сигнал представляет собой не высокий уровень или низкий уровень, а импульсное напряжение. Когда выходной сигнал действителен, его выходной сигнал представляет собой переменное импульсное напряжение, в противном случае это высокий или низкий уровень.
Часто задаваемые вопросы
Статьи по теме
Что такое реле безопасности?
Что такое герконовое реле?
Контроллер памяти:классификация,работа,преимущества и недостатки
STM32 программирование: лучшие практики и советы
Как работают ультразвуковые датчики
Основы фоторезисторов: принципы,типы и применение
Что такое датчик гироскопа?свойства гироскопа
NOR Flash: работа, структура и приложения
Микроконтроллер серии BB5: особенности, применение и сравнение
В чем разница между конденсаторами MOM, MIM и MOS?
Что такое силовой конденсатор?
