Преобразования кодов в системах обработки информации

Рассмотренный выше код «1 из я», удобный для ввода дискретной информации, не всегда удобно непосредственно использовать для управления объектами машиностроения. Зачастую возникает необходимость перевода его в другие коды, более удобные для преобразования и использования, например в двоичный или двоично-кодированный десятичный коды. Процесс перевода кода «1 из п» в обычный двоичный код зачастую называют собственно кодированием, а обратный перевод двоичного кода в код «1 из п» — декодированием. Известные и описанные в литературе методы преобразования кодов основаны на применении в качестве кодирующих и декодирующих устройств комбинационных или последовательностных (многотактных) схем и сопровождаются полным перебором всех возможных входных комбинаций и внутренних состояний схемы. Практически такие преобразования осуществимы лишь при небольшом числе входов и внутренних состояний схемы. Сложное же устройство с большим числом входных и выходных сигналов и внутренних состояний рассматривать как единое целое затруднительно, поэтому его обычно делят на меньшие части, схемно, конструктивно и эксплуатационно законченные. Эти части обычно называют функциональными блоками или субблоками. В 50—90% случаев любое устройство может быть собрано из готовых типовых блоков со стандартными функциями. Это широко используется при построении устройств с высокой и даже средней степенью интеграции, когда вместо отдельных элементов используются целые блоки. Кодирующие и декодирующие устройства, называемые также шифраторы (кодеры) и дешифраторы (декодеры), относятся к числу таких типовых субблоков. Именно поэтому они и рассматриваются отдельно.

Наибольшее распространение получил такой шифратор, где входным сигналом является сигнал одной из десяти шин (код «1 из 10»), например, контактов кнопок или путевых выключателей, преобразуемый в код тетрады одного из двоично-десятичных кодов. Одноступенчатые комбинационные шифраторы называют также простыми, а многоступенчатые схемы, когда выходы простых шифраторов части входных каналов используются в качестве входов других простых шифраторов, осуществляющих окончательное кодирование всех каналов, называются оптимальными. На рис. 10.6, а показана схема простого шифратора кода «1 из 10» в двоичный код («код 8421»), а на.

Рис. 10.6. Схемы шифраторов кода «1 из 10* в двоичный код рис. 10.6, б— схема оптимального шифратора для этого же преобразования.

Схемы, изображенные на рис. 10.6, реализованы на элементах дизъюнкции с отрицанием (инверсией). Эти элементы обозначены так, как это принято на логических схемах. Аналогично можно построить и схемы шифраторов, реализованные на элементах конъюнкции с отрицанием.

Обратной задачей является дешифрация, т. е. выбор в ответ на код, подаваемый на входы устройства дешифрации, той или иной шины на выходе этого дешифратора. Подавая на входы дешифратора определенный код, можно осуществить выполнение требуемой исполнительной команды, например зажечь сигнальную лампочку, включить или выключить электродвигатель и т. д.

Дешифратор представляет собой комбинационную схему с числом входов, на которые поступает параллельный код в виде пакета сигналов, меньшим, чем число его (дешифратора) выходов. Каждый из выходов дешифратора соответствует своему сочетанию кодовых сигналов на его входе.

Дешифратор, который использует полные конъюнкции входных сигналов, называется полным. Дешифратор, в котором некоторые конъюнкции входных сигналов не используются, называется укороченным.

Дешифраторы с большим числом входов и выходов строят по матричному принципу, используя диодные сборки сигналов на базе диодных элементов, реализующих функцию конъюнкции. Схема диодной сборки, реализующей операцию конъюнкции двух аргументов, приведена на рис. 10.7.

В соответствии с этой схемой сигнал на выходе окажется.

Рис. 10.7. Схема диодной сборки, реализующей операцию конъюнкции.

равным условной единице только в том случае, когда оба диода на схеме окажутся запертыми, следовательно, ток через резистор будет отсутствовать, и на нем не будет никакого падения напряжения. Для этого требуется, чтобы на оба диода на входе узла подавалось запирающее напряжение, равное условной единице. Иными словами, выходной сигнал такого узла будет осу;

Рис. 10.8. Схема многоступенчатой матричной дешифрации.

ществлять операцию конъюнкции входных сигналов, т. е. их логическое умножение.

Надо сказать, что в принципе можно увеличивать число входов такого узла и, тем самым увеличивать число аргументов в осуществляемой этим узлом конъюнкции. Схема многоступенчатой матричной дешифрации приведена на рис. 10.8.

Разновидностью матричных дешифраторов может служить такая схема, в которой вместо дешифраторов первой ступени используются какие-либо счетчики импульсов, переводящие общее количество поступивших на их вход импульсов (унитарный код) в параллельный код. Тогда выходная шина выбирается в соответствии с числами, записанными в координатных счетчиках. Такой дешифратор называется координатным и служит основой для построения бесконтактных АТС.

Шифраторы и дешифраторы с точки зрения теории переключательных схем являются «частным случаем, так как они предназначены для работы с частным случаем кодов, а именно, с кодом «1 из п». Преобразователи же любого кода в любой другой код называются трансляторами кодов, или преобразователями кодов.

В принципе любой преобразователь кодов можно построить на базе дешифратора исходного кода, сочетающегося с шифратором в заданный выходной код. Однако такая реализация в большинстве случаев не является оптимальной ни с точки зрения числа используемых элементов, ни с точки зрения числа совершаемых операций.

Поэтому для типовых преобразователей кодов существуют отработанные решения, которыми и следует пользоваться.

Например, для преобразования кода Грея, в котором целесообразно осуществлять ввод информации, в двоичный код, в котором целесообразно выполнять дальнейшие, например арифметические, операции с этой информацией, существуют следующие соотношения:

Тогда, если в коде Грея Х₀ = 00, ЛГ, = 01, Х₂ = 11, то в двоичном коде У₀ = 00, У, = 01 0 00 = 01, У₂= 11 Ф01 = 10.

Вообще для любого разряда, начиная со 2-го (младший разряд считаем нулевым), справедливо итерационное соотношение:

Наоборот, для преобразования двоичного кода в код Грея справедливы соотношения:

Например, в двоичном коде Х₀ = 00,^, = 01, Х₂ = 10. Тогда в коде Грея У₀ = 00, У, = 01 © 00 = 01, У₂ = 01Ф10=11,.

Вообще для любого разряда, начиная со 2-го (младший разряд считаем нулевым), справедливо итерационное соотношение:

Другими типовыми трансляторами (преобразователями) кодов являются преобразователи двоичных кодов в код «с избытком 3», а также преобразователи двоично-кодированного десятичного кода в телетайпный код и наоборот.

Для избирательного переключения каналов используются типовые устройства, называемые коммутаторами.

Коммутаторы принято делить на две группы:

• • селекторы (демультиплексоры, называемые в теории переключательных схем также распределителями);
• • коллекторы (.мультиплексоры).

Селекторы служат для передачи входного сигнала на один из нескольких выходных путей, причем номер (адрес) этого выходного пути определяется с помощью специального сигнала.

Коллекторы служат для передачи на единственный выход сигналов с одной из многих входных шин, которая выбирается по специальному сигналу.

Все названные преобразователи описывались применительно к использованию параллельных кодов. Однако их можно перестроить и для работы с последовательными кодами. Особенно просто перейти от параллельного кода, к последовательному, если для описания данного преобразователя использовались итеративные соотношения, как, например, в преобразователе кода Грея в двоичный код и обратно.