Pengekod binari

Pengekod, seperti namanya, menyandikan maklumat yang lebih besar menjadi nilai bit yang lebih kecil. Terdapat banyak jenis pengekod berdasarkan jumlah input dan output dan berdasarkan cara pengoperasiannya. Tetapi setiap Encoder mempunyai satu peraturan yang mendasari, jumlah baris output pada Encoder akan selalu kurang dari jumlah baris input. Kami akan mengetahui lebih lanjut mengenai pengekod, apakah pengekod, bagaimana dan mengapa ia digunakan dalam litar digital dalam artikel ini.

Prinsip Asas Pengekod:

Mari kita bayangkan Encoder menjadi kotak hitam seperti yang ditunjukkan di bawah ini yang secara ajaib mengurangkan bilangan baris Input dari 4 menjadi hanya 2 baris output, tetapi masih memberikan maklumat yang sama tanpa kehilangan data.

Pertama mari kita tentukan apa nama Encoder ini. Ia mempunyai empat input dan dua output sehingga nama Encoder ini akan menjadi Encoder 4: 2. Sekiranya Encoder mempunyai " n " bilangan baris output maka bilangan baris input akan menjadi 2 ­_­ ^n, dalam kes kita jumlah baris output adalah dua (n = 2) maka bilangan baris input haruslah (2 ² = 4) empat yang sebenarnya berlaku. Empat Pin Input dilabelkan dari I0 hingga I3 dan dua pin output dilabelkan dari O0 hingga O1

Jadi bagaimana Encoder menukar empat isyarat menjadi dua, ia dapat difahami dengan melihat jadual kebenaran di bawah. Penting juga untuk mengetahui bahawa Encoder biasa seperti yang ditunjukkan di sini mempunyai peraturan bahawa pada masa tertentu hanya satu pin input harus tinggi sehingga dalam jadual kebenaran berikut hanya satu input yang tinggi.

Setiap kemungkinan keadaan input output ditunjukkan dalam jadual kebenaran di atas. Sebagai contoh apabila hanya O1 tinggi (1) dan semua input lain rendah (0) maka kedua pin output akan rendah (0). Begitu juga untuk setiap kes, pin output juga akan mengubah statusnya. Dengan menggunakan status Output bit ini, pengguna akan dapat mengesan kembali isyarat input apa yang akan diberikan kepada Encoder.

Baiklah, apa yang menarik untuk menukar 4 baris menjadi 2 baris mengapa kita memerlukannya?

Untuk tujuan pemahaman, kami telah menerangkan Encoder 4: 2, tetapi ada encoder lain yang dapat mengambil jumlah input yang lebih tinggi dan mengubahnya menjadi jumlah output yang lebih rendah seperti Encoder 8: 3, Encoder 16: 4 dll. Jenis-jenis ini Encoder sangat berguna apabila kita harus mengurangkan bilangan pin yang digunakan pada MCU / MPU atau mengurangkan bilangan wayar isyarat di PLC dan sistem lain di mana pelbagai suis atau LED. Ia juga digunakan dalam pengiriman data secara efisien dengan menggunakan kabel yang lebih rendah. Dalam beberapa aplikasi kita mungkin memiliki situasi di mana lebih dari satu input dapat tinggi (1) dalam hal ini kita akan melakukan sesuatu yang disebut Priority Encoder yang akan kita bincangkan lebih lanjut dalam artikel ini.

Membina Pengekod menggunakan Reka Bentuk Logik Gabungan

Sekarang kita tahu bagaimana Encoder berfungsi dan di mana ia digunakan. Mari kita belajar bagaimana membuatnya dengan pintu logik sederhana. Walaupun Encoders seperti 8: 3 tersedia sebagai IC paket tunggal yang rapi seperti SN74LS148, penting untuk mengetahui bagaimana ia dibina supaya kita dapat membuat encoder khusus untuk projek kita berdasarkan jadual kebenaran yang diperlukan.

Ungkapan Boolean:

Yang pertama dalam merancang peranti Logik Gabungan adalah mencari Boolean Expression untuk jadual kebenaran. Ia sangat mudah dan dapat ditentukan dengan mudah hanya dengan melihat jadual kebenaran. Jadual kebenaran yang sama yang kita lihat sebelumnya diberikan di bawah dengan beberapa ilustrasi untuk membuat anda lebih memahami.

Jumlah ungkapan akan sama dengan bilangan baris output, di sini kita mempunyai dua output dan oleh itu kita mempunyai dua Ekspresi. Untuk output pertama O0, periksa pada keadaan mana ia tinggi (1) dan jejak nombor pin input yang sesuai yang juga tetap tinggi (1). Begitu juga untuk semua nilai tinggi nota O0 yang nombor pin inputnya tinggi dan tambah pin. Pin input yang sesuai dengan Output pin O0 diserlahkan dengan warna merah di atas dan untuk O1 diserlahkan dengan warna Biru. Jadi Ungkapan untuk O0 dan O1 akan

O ₁ = I ₃ + I ₂ O ₀ = I ₃ + I ₁

Rajah Litar Pengekod 4: 2:

Sebaik sahaja kita memperoleh Boolean Expression, kita harus menggambarnya dalam bentuk Gates. Di sini kerana kita mempunyai operasi penambahan (+), kita akan menggunakan gerbang OR untuk membina litar kita. Anda juga boleh mempermudah atau mengubah ungkapan Boolean mengikut keperluan anda. Gambarajah litar untuk ungkapan di atas ditunjukkan di bawah

Litar boleh dibina dengan mudah menggunakan IC pintu 7432 ATAU. Saya telah membina litar pengekod saya di atas papan roti seperti gambar di bawah

Empat baris input (I0, I1, I2 dan I3) disediakan oleh empat butang tekan, apabila butang ditekan ia menghubungkan + 5V ke pin menjadikannya logik 1 dan apabila butang tidak ditekan, pin dipegang ke tanah melalui resistor tarik turun 10k untuk menjadikannya logik sifar. Output (O0 dan O1) diwakili menggunakan sepasang LED merah. Sekiranya LED menyala maka ini bermaksud bahawa logik output adalah 1 dan jika mereka dimatikan maka itu bermaksud logik output 0. Kerja lengkap Litar Encoder ditunjukkan dalam video di bawah

Seperti yang anda lihat ketika butang pertama ditekan, input I0 dibuat tinggi dan dengan itu kedua output tetap rendah. Apabila butang kedua ditekan, input I1 dihidupkan dan dengan itu satu LED naik tinggi untuk menunjukkan O0 tinggi. Akhirnya apabila butang keempat ditekan, input I3 dibuat tinggi dan dengan itu kedua LED menjadi tinggi. Ini adalah litar yang sangat mudah, oleh itu kami membuatnya dengan mudah di papan roti tetapi, untuk pengekod praktikal litar akan menjadi lebih rumit. Walau bagaimanapun Encoders juga tersedia sebagai pakej IC yang boleh dibeli jika sesuai dengan projek anda.

8: 3 Pengekod:

Cara kerja dan penggunaan Encoder 8: 3 juga serupa dengan Encoder 4: 2 kecuali jumlah pin input dan output. Encoder 8: 3 juga dipanggil sebagai Encoder Octal ke Binary, gambarajah blok dari Encoder 8: 3 ditunjukkan di bawah

Di sini Encoder mempunyai 8 input dan 3 output, sekali lagi hanya satu input yang tinggi (1) pada waktu tertentu. Oleh kerana terdapat 8 input ia dipanggil sebagai input oktal dan kerana terdapat tiga output, ia juga disebut output binari. Jadual kebenaran Encoder ditunjukkan di bawah.

Jadual Kebenaran Pengekod 8: 3:

Ungkapan Boolean:

Oleh kerana kami mempunyai output anda, kami akan mempunyai tiga ungkapan seperti gambar di bawah

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

Rajah Litar Encoder 8: 3:

Setelah ungkapan Boolean diperoleh seperti biasa kita dapat membina Diagram litar menggunakan gerbang OR seperti yang ditunjukkan di bawah.

Litar menggunakan IC gerbang OR 4-input, anda juga dapat mempermudah Ekspresi Boolean untuk menggunakan IC Gerbang input 2 biasa yang lain.

Kekurangan Pengekod Biasa:

Jenis Encoder ini mengalami kekurangan utama berikut

• Apabila tiada input yang tinggi, Output akan sama dengan semua sifar, tetapi keadaan ini juga bertentangan dengan bit pertama yang tinggi (MSB). Oleh itu, penjagaan harus selalu diambil bahawa sekurang-kurangnya sedikit pun akan tetap aktif
• Apabila lebih dari satu input tinggi, output akan runtuh dan dapat memberikan hasil untuk salah satu input yang menyebabkan kebingungan.

Untuk mengatasi kesulitan ini, kami menggunakan jenis pengekod yang disebut Priority Encoder yang menggunakan output tambahan untuk menentukan apakah outputnya sah, dan apabila lebih dari satu input membantu tinggi, yang akan menjadi tinggi bermula dari LSD sendiri dianggap sementara mengabaikan input lain.

Pengekod Keutamaan:

Mari kita menganalisis Encoder Prioriti 4: 2 sebagai contoh untuk memahami bagaimana ia berbeza dari Encoder biasa dan ia dapat mengatasi dua kelemahan yang disebutkan di atas. Gambarajah blok Pengekod Keutamaan 4: 2 ditunjukkan di bawah

Prioriti 4: 2 Encoder juga mempunyai 4 input dan 2 output, tetapi kami akan menambahkan output lain yang disebut V yang bermaksud bit yang sah. Bit yang sah ini akan memeriksa apakah keempat-empat pin input rendah (0) jika rendah bit juga akan menjadikan dirinya rendah yang menyatakan bahawa output tidak sah sehingga kita dapat mengatasi kekurangan pertama yang disebutkan di atas.

Jadual Kebenaran Pengekod Prioriti 4: 2:

Kekurangan seterusnya dapat dielakkan dengan memberi keutamaan kepada bit MSB, Encoder akan memeriksa dari MSB dan setelah mendapat bit pertama yang tinggi (1) ia akan menghasilkan output dengan sewajarnya. Jadi tidak menjadi masalah sama ada pin lain tinggi atau rendah. Oleh itu dalam jadual kebenaran di bawah setelah 1 dicapai, nilai tidak peduli ditunjukkan oleh "X".

Ungkapan Boolean:

Sekarang kita harus memperoleh tiga Ekspresi untuk O0, O1 dan V. Oleh kerana jadual kebenaran tidak mementingkan item, kita harus menggunakan kaedah peta-K untuk mendapatkan Ekspresi Boolean untuk ini. Kami tidak akan membahas bagaimana menyelesaikannya dengan peta K kerana ia tidak termasuk dalam artikel ini. Tetapi Peta ditunjukkan di bawah ini supaya anda boleh mengganggu dan belajar sendiri.

Dalam peta di atas, yang kiri adalah untuk O1 dan yang kanan adalah untuk O0. Garis keluaran disebut oleh y dan garis input disebut dengan x. Oleh itu, aturkan persamaan dengan sewajarnya kita akan mendapat yang berikut.

O ₁ = I ₃ + I ₂ O ₀ = I ₂ I ₁ '+ I ₃

Begitu juga, untuk bit "V" yang sah, ungkapan Boolean dapat diberikan sebagai

V = I ₃ + I ₂ + I ₁ + I ₀

Rajah Litar:

Gambarajah litar untuk projek ini boleh dibina menggunakan ungkapan Boolean.

Litar boleh dibina dengan menggunakan asas NOT, AND, dan OR. Di sini bit O0 dan O1 dianggap sebagai output sementara bit V digunakan untuk mengesahkan output. Hanya jika bit V tinggi, output akan dipertimbangkan jika nilai V rendah (0) output harus diabaikan, kerana ini menunjukkan bahawa semua pin input adalah sifar.