- Osnovno načelo dajalnika:
- Gradnja kodirnikov z uporabo kombinacijske logične zasnove
- Dajalniki 8: 3:
- Pomanjkljivosti običajnih dajalnikov:
- Prednostni kodirnik:
Dajalniki, kot že ime pove, večji bit informacij kodira v manjšo bitno vrednost. Obstaja veliko vrst kodirnikov glede na število vhodov in izhodov ter glede na to, kako deluje. Toda vsak dajalnik ima eno osnovno pravilo, število izhodnih vrstic na dajalniku bo vedno manjše od števila vhodnih vrstic. V tem članku bomo izvedeli več o dajalnikih, kaj je dajalnik, kako in zakaj se uporabljajo v digitalnih vezjih.
Osnovno načelo dajalnika:
Zamislimo si, da je kodirnik črno polje, kot je prikazano spodaj, ki čarobno zmanjša število vhodnih vrstic s 4 na samo 2 izhodni vrstici, vendar vseeno zagotavlja enake informacije brez izgube podatkov.
Najprej določimo, kako bi imelo ta kodirnik. Ima štiri vhode in dva izhoda, zato bo ime tega dajalnika 4: 2 dajalnik. Če ima dajalnik " n " število izhodnih vrstic, bo število vhodnih vrstic 2 n, v našem primeru je število izhodnih vrstic dve (n = 2), zato mora biti število vhodnih vrstic (2 2 = 4) štiri, kar je točno tako. Štirje vhodni zatiči so označeni od I0 do I3, dva izhodna zatiča pa od O0 do O1
Torej, kako dajalnik pretvori štiri signale v dva, je to mogoče razumeti tako, da si ogledamo spodnjo tabelo resnic. Pomembno je tudi vedeti, da ima običajni kodirnik, kot je prikazan tukaj, pravilo, da mora biti v določenem trenutku visok samo en vhodni zatič, tako da bo v naslednji tabeli resnic visok samo en vhod.
Vsi možni pogoji vhodnih izhodnih podatkov so prikazani v zgornji tabeli resnic. Na primer, ko je samo O1 visok (1) in so vsi drugi vhodi nizki (0), bosta oba izhodna zatiča nizka (0). Podobno bodo v vsakem primeru izhodni zatiči spremenili svoj status. Z uporabo tega stanja izhodnih bitov bo uporabnik lahko sledil nazaj do vhodnega signala, ki bi bil dan kodirniku.
V redu, kaj je fancy pri pretvorbi 4 vrstic v 2 vrstici, zakaj jo sploh potrebujemo?
Za razumevanje smo razložili dajalnik 4: 2, vendar obstajajo tudi drugi kodirniki, ki lahko sprejmejo večje število vhodov in jih pretvorijo v manjše število izhodov, kot so dajalnik 8: 3, dajalnik 16: 4 itd. dajalnikov so zelo koristni, kadar moramo zmanjšati število zatičev, ki se uporabljajo na MCU / MPU ali zmanjšati število žic, ki prenašajo signal, v PLC in drugih sistemih, kjer je niz stikal ali LED. Uporablja se tudi za učinkovit prenos podatkov z uporabo manjših žic. V nekaterih aplikacijah imamo lahko situacijo, ko je lahko več kot en vhod visok (1), v tem primeru bomo uporabili nekaj, kar se imenuje prednostni kodirnik, o čemer bomo nadalje razpravljali v tem članku.
Gradnja kodirnikov z uporabo kombinacijske logične zasnove
Zdaj, ko vemo, kako enkoder deluje in kje se uporablja. Naučimo se, kako ga zgraditi s pomočjo preprostih logičnih vrat. Čeprav so dajalniki, kot je 8: 3, na voljo v čistem enojnem paketu, kot je SN74LS148, je pomembno vedeti, kako so zgrajeni, da lahko izdelamo dajalnike po meri za naše projekte na podlagi zahtevane tabele resnic.
Logični izraz:
Prvi pri zasnovi naprave Combinational Logic je najti logični izraz za tabelo resnic. Je zelo enostavno in ga je mogoče enostavno določiti samo s pogledom na tabelo resnic. Ista tabela resnic, ki smo jo videli prej, je spodaj navedena z nekaj ilustracijami, da boste bolje razumeli.
Število izrazov bo enako številu izhodnih vrstic, tu imamo dva izhoda in s tem dva izraza. Za prvi izhod O0 samo preverite, v katerem stanju je visok (1), in sledite ustrezni številki vhodnega zatiča, ki prav tako ostaja visoka (1). Podobno pri vseh visokih vrednostih O0 upoštevajte, katera številka vhodnega zatiča je velika, in dodajte zatiče. Vhodni zatiči, ki ustrezajo izhodnemu zatiču O0, so zgoraj označeni z rdečo, za O1 pa modro. Izraz za O0 in O1 bo torej
O 1 = I 3 + I 2 O 0 = I 3 + I 1
Shema 4: 2 dajalnika:
Ko dobimo logični izraz, ga moramo samo narisati v obliki vrat. Tukaj, ker imamo seštevanje (+), bomo za izdelavo naših vezij uporabili vrata OR. Lahko tudi poenostavite ali spremenite logični izraz glede na vaše potrebe. Shema vezij za zgornji izraz je prikazana spodaj
Vezje je enostavno zgraditi s pomočjo IC 7432 OR gate. Kot vezje dajalnika sem zgradil preko plošče, kot je prikazano spodaj
Štiri vhodne črte (I0, I1, I2 in I3) so opremljene s štirimi potisnimi gumbi, ko pritisnete gumb, poveže + 5V na zatič, zaradi česar je logika 1, in če gumb ni pritisnjen, se zatič drži skozi 10k izvlečni upor, da postane logična nič. Izhodi (O0 in O1) so predstavljeni s pomočjo para rdečih LED. Če LED sveti, to pomeni, da je izhodna logika 1 in če so izklopljeni, to pomeni, da je izhodna logika 0. Popolno delovanje vezja dajalnika je prikazano na spodnjem videu
Kot lahko vidite, ko pritisnete prvi gumb, je vhod I0 visok in tako oba izhoda ostaneta nizka. Ko pritisnete drugi gumb, se vhod I1 vklopi in tako se ena dioda LED visoko pokaže, da je O0 visoka. Nazadnje, ko pritisnete četrti gumb, se vhod I3 postavi visoko in tako se obe LED-lučki dvigneta visoko. To je zelo preprosto vezje, zato smo ga zlahka zgradili na plošči, za praktične dajalnike pa bo vezje nekoliko bolj zapleteno. Dajalniki pa so na voljo tudi v obliki IC paketov, ki jih lahko kupite, če ustreza vašemu projektu.
Dajalniki 8: 3:
Delovanje in uporaba dajalnika 8: 3 je prav tako podobno kot dajalnik 4: 2, razen števila vhodnih in izhodnih zatičev. Dajalnik 8: 3 se imenuje tudi oktalno do binarnega dajalnika, blokovni diagram dajalnika 8: 3 je prikazan spodaj
Tu ima dajalnik 8 vhodov in 3 izhode, spet mora biti v vsakem trenutku samo en vhod visok (1). Ker obstaja 8 vhodov, se imenuje osmični vhod in ker so trije izhodi, se imenuje tudi binarni izhod. Tabela resničnosti dajalnika je prikazana spodaj.
Tabela resničnosti dajalnika 8: 3:
Logični izraz:
Ker imamo te izhode, bomo imeli tri izraze, kot je prikazano spodaj
O 2 = I 7 + I 6 + I 5 + I 4 O 1 = I 7 + I 6 + I 3 + I 2 O 0 = I 7 + I 5 + I 3 + I 1
Vezalni diagram dajalnika 8: 3:
Ko dobimo logični izraz, kot vedno, lahko sestavimo diagram vezja z uporabo vrat OR, kot je prikazano spodaj.
Vezje uporablja IC s 4 vhodi ALI vrat, poenostavite lahko tudi logični izraz, da uporabite druge običajne 2 vhodne IC.
Pomanjkljivosti običajnih dajalnikov:
Te vrste dajalnikov trpijo zaradi naslednjih večjih pomanjkljivosti
- Če noben vhod ni visok, bo izhod enak nič, vendar so tudi ti pogoji v nasprotju s tem, da je prvi bit visok (MSB). Zato je treba vedno paziti, da vsaj katerikoli bit ostane vedno vklopljen
- Ko je več kot en vhod visok, se izhod strne in lahko da rezultat za enega od vhodov, kar povzroči zmedo.
Da bi rešili te težave, uporabimo drugačen kodirnik, imenovan Priority Encoder, ki z dodatnim izhodom ugotovi, ali je izhod veljaven, in če je več vhodov v pomoč, se upošteva samo tisti, ki gre visoko od LSD, medtem ko ignoriranje drugih vhodov.
Prednostni kodirnik:
Za primer analiziramo prednostni dajalnik 4: 2, da bomo razumeli, kako se razlikuje od običajnega kodirnika, in lahko premaga zgoraj omenjeni dve pomanjkljivosti. Blokovni diagram prednostnega dajalnika 4: 2 je prikazan spodaj
Dajalnik prioritet 4: 2 ima tudi 4 vhode in 2 izhoda, vendar bomo dodali še en izhod, imenovan V, ki pomeni veljavni bit. Ta veljavni bit bo preveril, ali so vsi štirje vhodni zatiči nizki (0), če je nizek, se bo bit tudi nizko izjavil, da izhod ni veljaven, zato lahko premagamo prvo zgoraj omenjeno pomanjkljivost.
Tabela resnic prednostnega dajalnika 4: 2:
Naslednji pomanjkljivosti se je mogoče izogniti s prednostjo bitov MSB, dajalnik bo preveril od MSB in ko bo prvi bit tako visok (1), bo ustrezno ustvaril izhod. Torej ni vseeno, ali so drugi zatiči visoki ali nizki. Zato so v spodnji tabeli resnic, ko je dosežena enota 1, vrednosti brez skrbi predstavljene z "X".
Logični izraz:
Zdaj moramo izpeljati tri izraze, ki so za O0, O1 in V. Ker tabeli resnic ni vseeno, moramo uporabiti metodo K-map, da za to izpeljemo logični izraz. Ne bomo pokrivali, kako rešiti s K-zemljevidi, ker to ne spada v ta članek. Toda Zemljevid je prikazan spodaj, tako da se lahko vmešavate in se učite sami.
V zgornjih zemljevidih je leva za O1, desna pa za O0. Izhodne vrstice so omenjene z y, vhodne vrstice pa x. Torej, če ustrezno uredimo enačbo, bomo dobili naslednje.
O 1 = I 3 + I 2 O 0 = I 2 I 1 '+ I 3
Podobno lahko za veljavni bit "V" podate logični izraz kot
V = I 3 + I 2 + I 1 + I 0
Shema vezja:
Shemo vezja za ta projekt lahko sestavimo z uporabo logičnih izrazov.
Vezje je mogoče zgraditi z uporabo osnovnih vrat NOT, AND in OR. Tu se bitoma O0 in O1 štejeta za izhod, bit V pa za potrditev izhoda. Le če je bit V visok, bo izhod upoštevan, če je vrednost V nizka (0), izhod je treba prezreti, saj pomeni, da so vsi vhodni zatiči nič.