数字电子技术 - 编码器

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编码器是一种组合逻辑电路，用于将普通或熟悉的的信息转换为编码格式。换句话说，编码器是一种数字设备，它将以十进制数字和字母字符形式表示的信息转换为编码形式，例如二进制表示。编码器执行的操作称为编码。

在本章中，我们将解释编码器的基础知识和常用类型的编码器。

什么是编码器？

编码器是一种数字组合电路，它将人类友好的信息转换为编码格式，以便使用机器进行处理。简单来说，编码器将信息从普通形式转换为编码形式。这个过程称为编码。

编码器是各种数字电子应用中至关重要的组件，例如数据传输、控制和自动化、通信、信号处理等。

编码器由一定数量的输入和输出线组成。其中，编码器最多可以有“2ⁿ”条输入线和“n”条输出线。因此，编码器使用“n”位编码由“2ⁿ”条输入线表示的信息。

编码器的框图如下所示：

现在让我们讨论在数字电子应用中常用的不同类型的编码器。

编码器类型

数字电子技术中一些常用的编码器类型：

• 4到2编码器
• 8到3编码器（八进制编码器）
• 十进制到BCD编码器

现在让我们详细讨论这三种最常用的编码器类型。

4到2编码器

4到2编码器是一种编码器，它有4（2²）条输入线和2条输出线。它根据输入线的组合产生输出代码（即，将输入信息转换为2位格式）。

4到2编码器的框图如下所示。

4到2编码器针对不同输入组合的工作情况在下面的真值表中描述：

从这个真值表中，我们可以推导出4到2编码器每个输出的布尔表达式如下：

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: I_{1} \: + \: I_{3}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: I_{2} \: + \: I_{3}}$$

很明显，我们可以使用两个或门来实现4到2编码器的逻辑电路。下图显示了4到2编码器的逻辑图。

4到2编码器的应用

4到2编码器广泛应用于以下应用：数据多路复用、生成数字控制信号、地址解码应用、数字系统中的数据编码等。

八进制到二进制编码器

八进制到二进制编码器是一种将八进制代码转换为二进制代码的编码器。它接受8条输入线，并根据输入线的组合产生3位输出。因此，它也称为8到3编码器。

八进制到二进制编码器的框图如下所示：

下表描述了八进制到二进制编码器的功能：

从这个真值表中，我们可以写出八进制到二进制编码器输出的布尔表达式如下：

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: I_{1} \: + \: I_{3} \: + \: I_{5} \: + \: I_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: I_{2} \: + \: I_{3} \: + \: I_{6} \: + \: I_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{2} \: = \: I_{4} \: + \: I_{5} \: + \: I_{6} \: + \: I_{7}}$$

从这些表达式可以看出，八进制到二进制编码器的实现需要3个或门。

八进制到二进制编码器的逻辑电路图如下所示：

八进制到二进制编码器的应用

八进制到二进制编码器用于以下应用：

• 数字系统中的数据转换。
• 将八进制内存地址转换为二进制内存地址。
• 在微处理器和微控制器中，将八进制指令转换为二进制格式。
• 在通信系统中，将八进制数据编码为二进制形式进行传输等。

十进制到BCD编码器

可以将十进制数或使用十进制数表示的信息转换为其等效二进制编码十进制 (BCD) 格式的编码器称为十进制到BCD编码器。

在BCD编码方案中，每个十进制数字可以转换为4位二进制表示。下表显示了从0到9的十进制数字的BCD等效值。

十进制到BCD编码器接受10条输入线，并根据输入线的组合产生4位BCD输出。因此，有时它也称为10到4编码器。

下图显示了十进制到BCD编码器的框图。

描述十进制到BCD编码器工作情况的真值表如下所示：

从这个真值表中，我们可以写出十进制到BCD编码器的布尔表达式如下。

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: D_{1} \: + \: D_{3} \: + \: D_{5} \: + \: D_{7} \: + \: D_{9}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: D_{2} \: + \: D_{3} \: + \: D_{6} \: + \: D_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{2} \: = \: D_{4} \: + \: D_{5} \: + \: D_{6} \: + \: D_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{3} \: = \: D_{8} \: + \: D_{9}}$$

十进制到BCD编码器的逻辑电路可以使用四个或门来实现，如下所示：

十进制到BCD编码器的应用

十进制到BCD编码器应用于数字钟表和计时器、数据处理设备和存储系统、计算器、测量仪器、显示设备、微处理器、微控制器、嵌入式系统等。

结论

编码器将信息转换为某种编码格式。编码器是各种数字系统中的重要元件，例如自动化和控制系统、通信系统和存储单元、计算设备、测量仪器、数据转换器等等。

本章涵盖了最常用的几种编码器类型，它们分别是4-2编码器、八进制到二进制编码器和十进制到BCD编码器。