Что такое шифратор и дешифратор

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 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

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

Что такое шифратор и дешифратор

Шифратор – это комбинационное цифровое логическое устройство преобразующее номер входного сигнала в выходной двоичный код. Т.е. выполняет функцию обратную дешифратору.

Полный двоичный шифратор имеет n выходов и 2 n входов, где n – разрядность двоичного входа (см. рис.1).

Рис.1. УГО шифратора 4х2

Микросхемы шифраторов обозначаются на схемах буквами «CD» (от англ. Coder – кодирующее устройство). Рассмотрим таблицу истинности классического шифратора (см. табл. 1).

Вход х(3:0)

Выход y(1:0)

Таблица 1. Таблица истинности шифратора 4х2

Из таблицы истинности видно, что на выходе «y(1:0)» отображается номер входа, на котором установлена логическая единица.

Дешифратор преобразует входной двоичный код в управляющий сигнал только на одном из своих выходов. В общем случае, дешифратор имеет n однофазных выходов и 2 n выходов, где n – разрядность дешифрируемого кода.

Блок дешифратора на схеме обозначаются буквами «DC» (от англ. Decoder – декодирующее устройство) (см.рис.2).

Рис.2. УГО дешифратора 2х4

Активным всегда является только один выход дешифратора, при этом номер этого выхода и соответствующий номер этого сигнала однозначно определяется входным кодом. Т.е. при сигнале на входе дешифратора 00 мы получаем 1 на нулевом выходе. При сигнале на входе 01 получаем 1 на первом выходе. При сигнале на входе 10, получаем 1 на втором выходе, и т.д. (см. табл. истинности табл.2).

Вход X(1:0)

Выход F(3:0)

Источник

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Применение шифраторов и дешифраторов

Всем доброго времени суток! В предыдущих постах я рассказывал про триггеры, регистры и счётчики, которые составляют отдельный класс микросхем называемых последовательными или последовательностными. С сегодняшнего поста будет вестись рассказ о комбинационных типах микросхем, к которым относятся дешифраторы, шифраторы, компараторы кодов, мультиплексоры и некоторые другие.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Комбинационные микросхемы, как ясно из названия представляют собой комбинацию из простых логических микросхем, но в отличие от последовательностных они не обладают памятью и их выходные сигналы никак не зависят от комбинации предыдущих входных сигналов. Первые комбинационные микросхемы, которые мы рассмотрим в этом посте, являются дешифраторы и шифраторы.

Микросхемы дешифраторы

Функция микросхем дешифраторов, как понятно из названия, состоит в том, чтобы преобразовывать входной двоичный код в номер выходного сигнала, количество которых соответствует количеству состояний двоичного кода, то есть 2N, где N – количество разрядов двоичного кода (количество информационных входов дешифратора). Для обозначения микросхем дешифраторов введён специальный суффикс ИД, например, К555ИД7, а на обозначениях микросхем на принципиальных схемах ставят буквы DC.

В стандартных сериях микросхем существуют дешифраторы на 4, 8 или 16 выходов, соответственно они имеют 2, 3 или 4 входа. Ещё различия между микросхемами включают в себя входы управления и типы выходов микросхем (обычный 2С выход или выход с общим коллектором ОК). Входы дешифраторов обычно обозначают цифрами, которым соответствует вес разряда двоичного числа (1, 2, 4 или 8), а выходы также обозначают цифрами (1, 2, 3 и т.д.). Для примера рассмотрим несколько микросхем дешифраторов: К555ИД14, К555ИД7, К555ИД3.

Микросхемы дешифраторы: слева направо К555ИД14, К555ИД7, К555ИД3.

Данные микросхемы являются стандартными дешифраторами, которые имеют информационные входы 1, 2, 4, 8, входы разрешения С1, С2, С3, объединённые по функции И, а также выходы от 0 до 15. Различие между данными микросхемами состоит в количестве входов и выходов.

Микросхема К555ИД14 представляет собой сдвоенный двоичный дешифратор, каждая половина имеет два информационных входа 1, 2, вход разрешения С и четыре выходных вывода, имеет второе название дешифратор 2 – 4. Микросхема К555ИД7 имеет соответственно три информационных входа, три входа разрешения объединенных по И и восемь выходов, второе название дешифратор 3 – 8. К555ИД3 имеет второе название дешифратор 4 – 16 и имеет четыре информационных входа, два входа разрешения и шестнадцать выходов. Работу данных микросхем можно описать таблицей истинности.

Таблица истинности дешифратора 2 – 4 (К555ИД14).

Микросхемы дешифраторы имеют несколько типичных сфер применения. Во первых это непосредственное дешифрирование входных кодов, при этом входы С используются как стробирующие. В таком случае номер активного выхода показывает, какой код поступил на входы. Второй сферой применения является селекция кодов. В этом случае сигнал на следующий каскад цифрового устройства поступает только с одного из выходов дешифратора и когда на входные выводы поступает нужный нам код, об этом свидетельствует появление низкого логического уровня на соответствующем выходе. Ещё одним из применений дешифратора является мультиплексирование линий когда поступающий код на входе определяет номер линии на выходе.

Микросхемы шифраторы

Микросхемы шифраторы применяются значительно реже, чем дешифраторы. Они имеют обозначение на схемах буквами CD, а в названии микросхем имеют суффикс ИВ. Как понятно из названия они выполняют функцию обратную микросхемам дешифраторов и обычно имеют от 4 до 16 (чаще всего 8) информационных входов, от 2 до 4 выходов (чаще всего 3) и несколько стробирующих (разрешающих) входов и выходов. Типичными представителями данных типов микросхем являются микросхемы К555ИВ1 и К555ИВ3 которые изображены ниже.

Микросхемы шифраторы: слева направо К555ИВ1, К555ИВ3.

Микросхема К555ИВ1 является шифратором и содержит 8 информационных входов и три выхода, а также вход разрешения EI, выход признака прихода любого входного сигнала GS и выход переноса ЕО, для объединения нескольких шифраторов. Работа данного шифратора разрешается только при низком логическом уровне на входе EI, а при высоком уровне на нём на всех выходах устанавливается уровень логической единицы. В случае отсутствия каких-либо сигналов на входах на выходе GS вырабатывается логическая единица, а на выходе ЕО логический нуль. Запишем таблицу истинности для данной микросхемы.

Таблица истинности шифратора К555ИВ1.

Наиболее часто шифраторы применяют для сокращения количества сигнальных линий, что очень удобно при передачи сигналов на большие расстояния, но при этом, входные сигналы не должны приходить одновременно на все входы. Наличие у шифратора дополнительных входных и выходных линий позволяет объединить их для увеличении разрядности шифратора, но только с помощью дополнительных логических элементов.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник