05 Kodery Dekodery A, WAT, SEMESTR I, PKC

Politechnika Śląska w Katowicach

Wydział Transportu

Katedra Transportu Szynowego

Zespół Automatyki w Transporcie

LABORATORIUM

TECHNIKI AUTOMATYKI

Kodery, Dekodery, Konwertery Kodu, Wyświetlacze

Kolejny nr zajęć: 5

Przedmiot: Automatyka

Rok: IV

Semestr: VII

Liczba godzin: 2

Katowice 2005

SPIS TREŚCI

1. CEL ĆWICZENIA ..........................................................................................................	3
2. WSTĘP TEORETYCZNY ..............................................................................................	3
2.1. Kodery .......................................................................................................................	4
2.2. Dekodery ...................................................................................................................	5
2.3. Translatory ................................................................................................................	6
2.4. Konwertery kodów .....................................................................................................	7
3. OPIS STANOWISKA ......................................................................................................	11
4. PROGRAM ĆWICZENIA .............................................................................................	11
5. SPRAWOZDANIE ..........................................................................................................	12
6. LITERATURA .................................................................................................................	12
7. UWAGI I WNIOSKI .......................................................................................................	12

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z koderami, dekoderami, konwerterami kodu i wyświetlaczami.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Podstawowym zapisem stosowanym w technice AUTOMATYKI jest zapis dwójkowy, wynikający z dwustanowości sygnałów cyfrowych. Kodowaniem nazywamy proces przyporządkowania liczbom odpowiednich symboli zerojedynkowych. Istnieje wiele odmian kodu dwójkowego. Zasadnicze znaczenia ma jednak kod odpowiadający dwójkowemu systemowi zapisu liczb kod dwójkowy naturalny .

Kody binarne, w których wykorzystane są wszystkie możliwe kombinacje symboli zerojedynkowych nazywa się kodami zupełnymi. Należą do nich :

kod dwójkowy naturalny,

kod Graya - stosowany między innymi do opisu siatek Karnaugha,

kod dopełnieniowy - stosowany do realizacji operacji arytmetycznych.

	Kod
Cyfra dziesiętna	Naturalny BCD	Aikena 2421	Wattsa	Excess 3	Graya	Johnsona	1 z 10
0	0000	0000	0000	0011	0000	00000	0000000001
1	0001	0001	0001	0100	0001	00001	0000000010
2	0010	0010	0011	0101	0011	00011	0000000100
3	0011	0011	0010	0110	0010	00111	0000001000
4	0100	0100	0110	0111	0110	01111	0000010000
5	0101	1011	1110	1000	0111	11111	0000100000
6	0110	1100	1010	1001	0101	11110	0001000000
7	0111	1101	1011	1010	0100	11100	0010000000
8	1000	1110	1001	1011	1100	11000	0100000000
9	1001	1111	1000	1100	1101	10000	1000000000

Istotne znaczenie posiadają kody dwójkowodziesiętne służące do dwójkowego zakodowania dziesięciu cyfr. Przykłady tego typu kodów przedstawia powyższa tabela .

Przejście z jednego kodu na drugi wymaga zastosowania konwertorów kodu . Wyróżnia się następujące konwertery :

kodery - realizujące konwersję kodu „1 z N” na dowolny kod;

dekodery - realizujące konwersję dowolnego kodu na kod „1 z N”;

translatory - realizujące konwersję dwóch dowolnych kodów z których żaden nie jest kodem „1 z N”.

2.1. Kodery

Kodery (szyfratory) realizują konwersję kodu "1 z N" na dowolny inny kod. Przykładem jest koder kodu "1 z 10" na naturalny kod dwójkowy (rys. 2.1.). Wejścia kodera oznaczone są: x₉,x₈,...,x₀, wyjścia: Z₃,Z₂,Z₁,Z₀. Bezpośrednio z tablicy zależności (tablica 2.1.) uzyskuje się wyrażenia logiczne opisujące koder:

0x01 graphic

Rys. 2.1. Schemat blokowy kodera „1 z 10”/ BCD

x₉	x₈	x₇	x₆	x₅	x₄	x₃	x₂	x₁	x₀	Z₃	Z₂	Z₁	Z₀
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1
0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	0
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1

Tablica 2.1. Tablica zależności kodera „1 z 10”/ BCD

0x01 graphic

Rys. 2.2. Schemat logiczny kodera „1 z 10”/ BCD

Z₃ = x₈ + x₉

Z₂ = x₄+x₅+x₆+x₇

Z₁= x₂+ x₃ + x₆ + x₇

Z₀= x₁ + x₃ + x₅ + x₇ + x₉

Schemat logiczny kodera z zastosowaniem bramek NOR ilustruje rys. 2.2. Układ ten może mieć zastosowanie, jako układ służący do ręcznego wprowadzania danych z pulpitu przez operatora. Dla operatora najwygodniejszym zapisem jest zapis w kodzie "1 z 10" (kod klawiatury, tarczy numerowej ). Kodem wewnętrznym systemu cyfrowego jest najczęściej kod BCD.

2.2. Dekodery

Dekodery (deszyfratory) to układy kombinacyjne służące do zamiany dowolnego kodu dwójkowego na kod „1 z N'.

Jeżeli zadaniem dekodera jest zamiana dwu bitowego kodu naturalnego na kod „1 z 4”, to jego działanie można opisać tablicą zależności z rys. 2.3a. Na podstawie tablicy określa się:

Schemat logiczny dekodera pokazany jest na rys. 2.3b.

a).

x₁	x₀	Y₃	Y₂	Y₁	Y₀
0	0	0	0	0	1
0	1	0	0	1	0
1	0	0	1	0	0
1	1	1	0	0	0

b).

0x08 graphic

0x01 graphic

Rys. 2.3. Dekoder a) tablica zależności, b) schemat logiczny

2.3. Translatory

Translatory realizują konwersję dwóch dowolnych kodów, z których żaden nie jest kodem „1 z N”

Przykładem translatora jest układ cyfrowy, realizujący konwersję dwójkowego kodu naturalnego na dwójkowy kod Graya. Trzybitowy translator (rys. 2.4.) można opisać układem wyrażeń logicznych:

a).

x₂	x₁	x₀	Y₂	Y₁	Y₀
0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	0	1
0	1	0	0	1	1
0	1	1	0	1	0
1	0	0	1	1	0
1	0	1	1	1	1
1	1	0	1	0	1
1	1	1	1	0	0

b).

	x₁x₀						x₁x₀
x₂	00	01	11	10		x₂	00	01	11	10
0	0	0	1	1		0	0	1	0	1
1	1	1	0	0		1	0	1	0	1
					Y₁						Y₀

c).

0x08 graphic

0x01 graphic

Rys. 2.4. a) tablica zależności, b) siatki Karnaugha, c) schemat logiczny

2.3. Konwertery kodów

Konwertery przekształcają zbiór sygnałów wejściowych w inny zbiór sygnałów wyjściowych i należą do układów kombinacyjnych. Dlatego najbardziej naturalnym sposobem jest zastosowanie znanych metod syntezy układów kombinacyjnych w celu określania schematu logicznego konwertera. W oparciu o tablice zależności dla rozpatrywanych kodów tworzy się tablice Karnaugha d1a poszczególnych bitów kodu wyjściowego w funkcji pozycji kodu wejściowego.

Na podstawie utworzonych tablic Karnaugha wypisuje się funkcje przełączające konwertera kodu.

Znane są również dwa konwertery kodów jako układy iteracyjne. Konwertery kodów mogą być także budowane przy użyciu bardziej złożonych podzespołów cyfrowych, takich jak: liczniki, rejestry przesuwające.

Przykład

Zaprojektować:

a) konwerter kodu dwójkowego (liczb 4-bitowych) na kod BCD,

b) konwerter kodu „1 z 10” na kod dwójkowo-dziesiętny BCD,

c) konwerter kodu BCD na kod 7-segmentowego wskaźnika cyfrowego.

Konwerter kodu dwójkowego na kod BCD dla zadania a) jest układem o czterech wejściach (x₀, x₁, x₂, x₃ ) i pięciu wyjściach (Z₀,Z₁,Z₂,Z₃,Z₄).

Z tablicy zależności (tablica 2.2. ) otrzymywane są siatki Karnaugha przedstawione na rys.2.5b., na których podstawie można wypisać funkcje przełączające układu konwertera:

0x01 graphic

Rys.2.5. Konwerter kodu dwójkowego na kod dwójkowo - dziesiętny BCD

a) schemat układu, b) siatki Karnaugha

Z₄ = x₃x₂ + x₃x₁

Z₃ = x₃

0x01 graphic

Tablica 2.2.

Wartość dziesiętna

x₃ x₂ x₁ x₀

z₄ z₃ z₂ z₁ z₀

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

0 0 0 0 0

0 0 0 0 1

0 0 0 1 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 0

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 0 1

1 0 0 0 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 0

1 0 0 1 1

1 0 1 0 0

1 0 1 0 1

Realizacja tego konwertera za pomocą układu kombinacyjnego daje bardzo rozbudowane schematy i dlatego jest wykonywana w ten sposób tylko dla liczb 4-bitowych.

Konwerter kodu „1 z 10” na kod dwójkowo-dziesiętny BCD jest układem o 10 wejściach (x₀, x₁,....,x₉) i 4 wyjściach (z₀,z₁,z₂,z₃). Funkcje przełączające dla tego układu można określić bezpośrednio z tablicy zależności, przedstawionej w tablicy 2.3. Są one następujące:

0x01 graphic

Tablica 2.3.

x₉ x₈ x₇ x₆ x₅ x₄ x₃ x₂ x₁ x₀,

z₃ z₂ z₁ z₀

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

Schemat logiczny konwertera przedstawia rys.2.6.

0x08 graphic

0x01 graphic

Rys.2.6. Schemat logiczny konwertera kodu „1 z 10” na kod dwójkowo - dziesiętny BCD

Na rys.2.7.przedstawiony został wskaźnik 7-segmentowy, z którego segmentów można zestawić kształty cyfr od 0 do 9. Tak więc układ realizujący przetworzenie kodu BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego jest konwerterem o 4 sygnałach wejściowych x₀,x₁,x₂,x₃ i 7-sygnałach wyjściowych z₁ ,z₂ ,z₃ ,z₄ ,z₅ ,z₆ ,z₇. Z tablicy zależności (tablica 2.4.) otrzymywane są tablice Karnaugha,

0x01 graphic

Rys.2.7. Wskaźnik 7-segmentowy a) pełny wskaźnik, b) konstrukcje cyfr dziesiętnych

Tablica 2.4.

Cyfra

x₃ x₂ x₁ x₀

z₇ z₆ z₅ z₄ z₃ z₂ z₁

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

0 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 0

1 0 1 1 0 1 1

1 0 0 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1 0

1 1 0 1 1 0 1

1 1 1 1 1 0 1

0 0 0 0 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1

1 1 0 1 1 1 1

na podstawie których można wypisać funkcje przełączające konwertera:

0x01 graphic

3. OPIS STANOWISKA

Stanowisko laboratoryjne składa się z paneli zawierających podstawowe bramki logiczne, panele z demultiplekserami.

4. PROGRAM ĆWICZENIA

Zaprojektować translator podany przez prowadzącego
Zrealizować zaprojektowany układ na:

bramkach (NAND, NOR, NOT,EX-OR),
demultiplekserze

5. SPRAWOZDANIE

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych powinno zawierać:

nazwę laboratorium, temat zajęć, oznaczenie grupy dziekańskiej, nr sekcji laboratoryjnej wraz z wykazem osobowym sekcji;
cel ćwiczenia;
krótki wstęp teoretyczny;
schemat zrealizowanego układu, tok projektowania, schemat łączonego układu;
wnioski, uwagi.

6. LITERATURA

Praca zbiorowa: „Laboratorium podstaw automatyki i telemechaniki” skrypt PŚ nr 1496

H.Kamionka-Mikuła, H.Małysiak, B.Pochopień: „Układy cyfrowe. Teoria i przykłady”, Gliwice 2003

J. Siwiński: „Układy przełączające w automatyce”

J. Skorwider: „Cyfrowe układy automatyki”

J. Pieńkoś, J. Turczyński: „Układy scalone TTL w systemach cyfrowych”

J. Wróbel, A. Plaza: „Systemy czasu rzeczywistego”

W. Sasal: „Układy scalone serii UCA64/UCY74. Parametry i zastosowania”

Praca zbiorowa pod redakcją H. Małysiaka: „Teoria automatów cyfrowych - laboratorium”

Praca zbiorowa pod redakcją H. Małysiaka: „Układy cyfrowe - zadania”

7. UWAGI I WNIOSKI

(Użytkowników instrukcji dotyczące zawartości instrukcji, sposobu prowadzenia zajęć, wyposażenia stanowiska, ... itp.)

.......................................................................................................................................................