译码器/数据分配器

译码器/数据分配器

一、译码器的定义及功能

　　译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。
　　译码器可分为两种类型，一种是将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号。这种译码器可称为唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址的译码，即将每一个地址代码转换成一个有效信号，从而选中对应的单元。另一种是将一种代码转换成另一种代码，所以也称为代码变换器，以下先介绍二进制唯一地址译码器。

　　二进制译码器的一般原理图

　　从二进制译码器的一般原理图中可见，它具有Ｎ个输入端，2ⁿ个输出端和一个使能输入端。在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出端则为非有效电平。
　　下面首先分析由门电路组成的译码电路，以便熟悉译码器的工作原理和电路结构。
　　２输入变量的二进制译码器逻辑图如图所示。

　　由于２输入变量Ａ，Ｂ共有４种不同状态组合，因而可译出４个输出信号Y₀～Y₃，故上图为２线输入，２线输出译码器，简称２线－４线译码器。
　　由图可写出各输出端的逻辑表达式：

　　根据这些逻辑表达式可列出功能表如下：

　　由表可知，对于正逻辑，当EI为１时，无论Ａ、Ｂ为何种状态，输出全为１，译码器处于非工作状态。而当EI为０时，对应于Ａ、Ｂ的某种状态组合，其中只有一个输出量为０，其余各输出量均为１。比如，AB＝00时，输出Y₀为０，Y₁～Y₃均为１。由此可见，译码器是通过输出端的逻辑电平以识别不同的代码。

二、集成电路译码器

1.74138集成译码器

　　上图为常用的集成译码器74138，其功能表为：

74138功能表

　　由逻辑图可知，该译码器有３个输入Ａ，Ｂ，Ｃ，它们共有８种状态的组合，即可译出８个输出信号Y₀～Y₇，故该译码器称为３线－８线译码器。与２线－３线译码器比较，该译码器的主要特点是，设置了G₁、G_2A和G_2B３个使能输入端。由功能表可知,对于正逻辑，当G₁＝１，且G_2A和G_2B均为０时，译码器处于工作状态。　　

　　由功能表可得
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　 ……

　　显然，一个３线－８线译码器能产生３变量函数的全部最小项，利用这一点能够方便地实现３变量逻辑函数。

　　例1 用一个３线－８线译码器实现函数

　　解：第一步，将３个使能端按允许译码的条件进行处理，即G₁接+5Ｖ，G_2A和G_2B接地，于是得到各输出端的逻辑表达式为

　　第二步，将输入变量Ｘ、Ｙ、Ｚ分别接到Ｃ、Ｂ、Ａ端，并利用摩根定律进行变换，可得到

　　可见，３线－８线译码器再加－个与非门，即可实现题目所指定的组合逻辑，逻辑图如下：

2.7442二－十进制译码器

　　在第１章已经讨论过8421BCD码,对应于０～９的十进制数由４位二进制数0000～1001表示。人们虽然不习惯于直接识别二进制数，但可采用二－十进制译码器来解决。这种译码器应有４个输入端，10个输出端。下图即是7442二一十进制译码器的逻辑图和引脚图：

　　它的功能表如下表所示。其输出为低电平有效。

　　对于Y₀输出从逻辑图和功能表都可以得出 ，当A₃A₂A₁A₀=0000时，输出 Y₀＝０，它对应于十进制数０,其余输出依此类推。

3.七段显示译码器

　　在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如下图所示。

　　下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。
　　数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。
　　数码的显示方式一般有三种：
　　第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等
。
　　第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。
　　第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。
　　数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段方式组合，显示０～15等阿拉伯数字。在实际应用中，10～15并不采用，而是用２位数字显示器进行显示。

按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：
　　（1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器；
　　（2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场致发光数字板等；
　　（3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显示器等；
　　（4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。

　　如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。下面介绍常用的7448七段显示译码器。
　　7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。
　　7448的功能表如下：

　　它有3个辅助控制端LT、RBI、BI／RBO，现分别简要说明如下：
　　① 灭灯输入BI／RBO
　　BI／RBO是特殊控制端，有时作为输入,有时作为输出。当BI／RBO作输入使用且BI＝０时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出a～g均为，所以字形熄灭。
　　② 试灯输入LT
　　当LT＝０时，BI／RBO是输出端，且RBO＝１,此时无论其他输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1，显示字形。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。
　　③ 动态灭零输入RBI
　　当LT＝１，RBI＝０且输入代码 DCBA＝0000时 ，各段输出a～g均为低电平 ，与BCD码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用 LT＝１与 RBI＝０可以实现某一位的“消隐” 。此时BI／RBO是输出端 ，且RBO＝０。
　　④动态灭零输出RBO
　　BI／RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝１且RBI＝０，输入代码DCBA＝0000时，RBO＝０；若LT＝０或者LT＝１且 RBI＝１，则RBO＝１。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。
　　从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于１，而对其他输入代码则仅要求LT＝１，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。

　　下面举一个利用7448实现多位数字译码显示的例子，通过它了解各控制端的用法，特别是如何动态灭零，实现无意义位的“消隐”。
　　该例电路如下图所示。

　　图中７位显示器由７个译码器7448驱动。各片7448的LT均接高电平，由于第一片的RBI＝0且DCBA＝0000，所以第一片满足灭零条件，无字形显示，同时输出RBO＝0；第一片的RBO与第二片的RBI相连，使第二片也满足灭零条件，无显示并输出RBO＝0；同理，第三片的零也熄灭，无显示。由于第四、五、六、七片译码器的RBI＝1，所以它们都正常译码，按输入BCD码去点亮各段电极。
　　如果接法不变，但第一片7448的输入代码不是0000而是任何其他BCD码，则该片将正常译码并驱动显示，同时使RBO＝１。这样，第二片、第三片就丧失了灭零条件，所以电路对最高位非零的数字仍然正常显示。

三、数据分配器

　　数据分配是将一个数据源来的数据根据需要送到多个不同的通道上去，实现数据分配功能的逻辑电路称为数据分配器。它的作用相当于多个输出的单刀多掷开关，其示意图如图所示。

　　数据分配器可以用唯一地址译码器实现。
　　如用３线－８线译码器可以把一个数据信号分配到８个不同的通道上去。用74138作为数据分配器的逻辑原理图如下：

　　将G_2B接低电平，G₁作为使能端，Ｃ，Ｂ和Ａ作为选择通道地址输入，G_2A作为数据输入。例如，当G₁=1，CBA=010时，由74138的功能表可得：

　　而其余输出端均为高电平。因此，当地址CBA=010时，只有输出端Y₂得到与输入相同的数据波形。74138译码器作为数据分配器的功能表如下所示。

　　74138译码器作为数据分配器的功能表

　　数据分配器的用途比较多，比如用它将一台PC机与多台外部设备连接，将计算机的数据分送到外部设备中。它还可以与计数器结合组成脉冲分配器，用它与数据选择器连接组成分时数据传送系统。