在数字电路中,有时为了区分若干个输入信号,就需要对输入信号进行编码,即用某种二进制代码来表示这些输入信号。当某个输入信号有效时,电路就输出这个信号的二进制代码。能实现这种功能的电路称为编码器,编码器电路框图如图3.2.1所示。
图3.2.1 编码器电路框图
1.优先编码器的设计
如果同时有多个输入信号有效,那么该对哪个输入信号进行编码呢?通常编码器都具有优先编码功能,即将所有的输入信号按优先顺序排队,当同时有多个输入信号有效时,只对优先权最高的那个信号进行编码。
8~3优先编码器的设计:定义输入信号高电平有效,输出代码为二进制数,输入信号的序号值越大优先权越高。
表3.2.1 8~3优先编码器的真值表
将n个变量的2n个状态行全部列出来的逻辑真值表叫作完全真值表。但是有时候我们不一定要列出全部状态行,特别是当输入变量很多的情况下。表3.2.1列出的是非完全真值表,其中“×”表示任意逻辑值。根据定义列出编码器的逻辑真值表。
根据真值表可得逻辑函数式
图3.2.2 8~3优先编码器
图3.2.3 74LS148的电路
设置一个片选输入信号S,当S=0时该电路不能编码,输出Y2Y1Y0=000;当S=1时才允许该电路编码。于是得该电路的逻辑函数为
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验证74HC148
根据式(3.2.1)画出逻辑电路图,如图3.2.2所示。
2.8~3优先编码器74LS148
因为TTL门电路带灌电流负载能力大于带拉电流负载能力,所以许多TTL类MSI芯片的输出信号采用低电平有效输出,以获得较强的带负载能力。74LS148的输入信号是低电平有效,输出代码是二进制数的反码。当输入信号为全1时输出信号也全为1。它的片选信号是低电有效。将(3.2.1)式两边取非,得74LS148的逻辑函数:
为了方便芯片的功能扩展,74LS148还增加了选通输出端和扩展输出端
,如图3.2.3所式,其逻辑关系如下:
式(3.2.3)表明,当片选有效(=0)但无编码输入(
~
均为高电平)时,
低电平输出。
式(3.2.4)表明,当片选有效(=0)且有编码输入(
~
中有低电平)时,
低电平输出。
【例3.2.1】试用两片74LS148构造一个16~4优先编码器。该编码器低电平输入有效,序号较大的输入信号具有较高优先权,输出代码为4位二进制数。
解:如图3.2.4所示,因为第Ⅰ片的输入信号比第Ⅱ片的输入信号有较高优先权,所以第Ⅰ片的片选端接地,允许第Ⅰ片编码。当第Ⅰ片有输入信号为低电平时,第Ⅰ片编码输出且其
输出高电平,禁止第Ⅱ片编码;当第Ⅰ片无有效信号输入时,第Ⅰ片的
输出低电平,允许第Ⅱ片编码。
另外,当第Ⅰ片有有效信号输入时,第Ⅰ片的=0,此时Y3Y2Y1Y0=1×××;当第Ⅰ片无有效信号输入时,第Ⅰ片的
=1,此时Y3Y2Y1Y0=0×××。这里的低3位代码由74LS148输出的二进制数的反码取非产生。所以该电路编码输出的是4位二进制数。
电路中的F是编码标志信号。只要16个输入信号中有低电平,则第Ⅰ片的或第Ⅱ片的
有一个为0,所以F=1表示输出代码有效;若16个输入信号均为高电平,则第Ⅰ片的
和第Ⅱ片的
均为1,所以F=0表示输出代码无效。
图3.2.4 例3.2.1的电路
【说明】当研究门电路的形成时我们的关注点在(开关)元件级。当研究MSI芯片的电路形成时我们的关注点在门电路级。当用MSI芯片解决实际问题时我们的关注点在芯片级,即关注的是芯片的外部特性(输入信号、输出信号、选通信号及控制信号等)。读者应当根据具体情况将问题抽象于哪一级来解决。
3.二-十进制优先编码器74LS147
常用的还有二-十进制优先编码器74LS147,该编码器有10个输入信号,低电平输入有效,序号较大的输入信号具有较高优先权,输出代码为8421BCD码的反码。当输入信号均无效时,输出8421BCD码的伪码1111。74LS147无其他控制和选通信号。
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