曹穎超，王根義

（1.西安科技大學(xué) 計 算機學(xué)院，陜西 西 安 7 10054;2.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜 西 西 安 7 10100）

在現(xiàn)代智能化設(shè)備中，編碼器應(yīng)用范圍越來越大，但由于社會中一般的應(yīng)用型人才對編碼器知識的缺乏和和對編碼器掌握不牢靠，限制了編碼器的應(yīng)用范圍。故寫此文讓基層一般的應(yīng)用型人才深入掌握編碼器知識，提高編碼器的應(yīng)用范圍。

1 編碼器的概念

一般來說，用文字、符號或者數(shù)字表示特定對象的過程都可以叫做編碼。日常生活中就經(jīng)常遇到編碼的問題。例如，孩子出生時家長給取名字，在計算機中把一個字符用一個對應(yīng)的二進制數(shù)來表示，給一個地域起一個名稱,在計算機中把一個英文字母、數(shù)字等字符用一個7位的二進制代碼即ASCII來表示，把一個十進制數(shù)用BCD來表示等等，都是編碼。由于十進制數(shù)用電路實現(xiàn)起來比較困難，所以在數(shù)字電路中不用它們編碼，而是用二進制數(shù)進行編碼，相應(yīng)的二進制數(shù)叫做二進制代碼。編碼器就是實現(xiàn)編碼操作的電路。用n位二進制代碼可以對2n個信號進行編碼，把可以表示n位二進制代碼的編碼電路叫做n位二進制編碼器。

2 編碼器的設(shè)計

以一個2位的二進制編碼器的設(shè)計為例。

1)編碼真值表

一個2位編碼器，可以對22＝4個輸入變量I3、I2、I1和I0進行編碼。輸出函數(shù)為2位2進制數(shù)Y1Y0，這個編碼器的真值表如表1所示。

表1 2位編碼器編碼器真值表Tab1.The truth table of 2 bit encoder

2)輸出函數(shù)Y1的卡諾圖

根據(jù)2位的二進制編碼器的真值表，可以畫出輸出函數(shù)Y1的卡諾圖，如表2所示，其中“×”表示此處的約束行不存在。

表2 輸出函數(shù)Y1的卡諾圖Tab.2 The karnaugh map of output function Y1

3)輸出函數(shù)Y0的卡諾圖如表3所示。

根據(jù)2位的二進制編碼器的真值表，可以畫出輸出函數(shù)Y1的卡諾圖，如表3所示，其中“×”表示此處的約束行不存在。

表3 輸出函數(shù)Y0的卡諾圖Tab.3 The karnaugh map of output function Y0

3 編碼器的實現(xiàn)

根據(jù)輸出函數(shù)Y1的卡諾圖和輸出函數(shù)Y0的卡諾圖，分別化間得出Y1和Y0的最簡邏輯表達式如下：

根據(jù)Y1和Y0的最簡邏輯表達式，就可以用非門、與門和或門來實現(xiàn)這個2位的二進制編碼器，畫出如圖1所示的邏輯圖。

當然，實際用的編碼器還要解決區(qū)分I0～I3均為0、I0為1，I1～I3均為 0、I0～I3中不可能出現(xiàn)兩個 1 的情況與 I0～I中至少有兩個1這四種種情況。第一種情況，如果I0～I3均為0，即沒有任何輸入信號，這種情況是很容易區(qū)別的 ,只要再添加一個附加的輸出變量F，即用Y1的非、Y0的非和I0的非作為一個與門的輸出邏輯變量F的輸入變量，那么這個邏輯變量F只有在I0～I3均為0時方為1，其余任何情況均為0；第二種情況，如果I0為1，I,1～I3均為0，這種情況屬于一種正常普通情況，在這里不需要討論；第三種情況，I0～I3中不可能出現(xiàn)兩個1，即I0～I3這些輸入變量互相排斥，這種情況邏輯設(shè)計最簡單，只要將使邏輯函數(shù)值為1的邏輯變量進行邏輯或即可；第四種情況，如果I0～I中至少有兩個1，這種情況又可以分為兩種情況，一種情況是輸入變量出現(xiàn)異常錯誤情況，可以再添加一個輸出邏輯變量予以提示用戶，另一種情況是輸入變量有這種狀態(tài)，但要求編碼器按照它們的輕重緩急進行排隊編碼，這在中斷系統(tǒng)中是常見現(xiàn)象，這就要求編碼器設(shè)計者按照輸入邏輯變量的編碼優(yōu)先級進行編碼設(shè)計另外一種編碼器，如我們熟悉的8259A芯片。文中如圖1所設(shè)計的編碼器就是針對I0～I中有可能出現(xiàn)兩個以上的1的異常錯誤情況設(shè)計的編碼器，但沒有畫出區(qū)別I0～I3均為0情況的輸出邏輯變量及提示出現(xiàn)異常錯誤情況的輸出邏輯變量的邏輯電路圖。

在智能化設(shè)備制造中，根據(jù)具體情況，如果要求使用的編碼器位數(shù)比較少，就可以直接用邏輯門來構(gòu)成，這樣往往使用靈活，成本低廉，而且各個方面的性能容易滿足。另外一種情況，就是經(jīng)常要用到的編碼器，把它設(shè)計好好后制作在一個芯片上，所得到的便是集成編碼器，使用非常方便。而且，也可以用位數(shù)較少的編碼器級聯(lián)成滿足需求的位數(shù)較多的編碼器。

圖1 4線－2線編碼器Fig.1 4-2line encoder

4 2位2進優(yōu)先編碼器

1)優(yōu)先編碼的概念

前面講的編碼器，輸入信號都是互相排斥的，也就是說在任何時刻,只能對一個輸入信號進行編碼,不允許有兩個和兩個以上輸入信號同時存在的情況出現(xiàn),但在優(yōu)先編碼器中則不同，允許幾個信號同時輸入，但是電路只對其中優(yōu)先級別最高的進行編碼，不理睬級別低的信號，或者說級別低的信號不起作用，這樣的電路叫做優(yōu)先編碼器。也就是說，在優(yōu)先編碼器中是優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的，即具有單方面排斥的特性。至于優(yōu)先級別的高低，則完全是由設(shè)計人員根據(jù)各個輸入信號輕重緩急情況決定的。例如，微機中的I/O接口芯片8259A就用到優(yōu)先編碼器，各個中斷源的優(yōu)先級別還可以由程序員編程規(guī)定。

下面以一個2位的二進制優(yōu)先編碼器的設(shè)計為例。

2)優(yōu)先編碼真值表

如果我們規(guī)定，下列輸入信號I3、I2、I1和I0的編碼優(yōu)先級別是I3>I2>I1>I0，則優(yōu)先編碼器的真值表如表4所示。

3)輸出函數(shù)Y1的卡諾圖

根據(jù)2位的二進制優(yōu)先編碼器的真值表，可以畫出輸出函數(shù)Y1的卡諾圖，如表5所示。

化簡卡諾圖得，Y1=I3+I2

4)輸出函數(shù)Y0的卡諾圖如表6所示。

根據(jù)2位的二進制優(yōu)先編碼器的真值表，可以畫出輸出函數(shù)Y0的卡諾圖如表6所示。

化簡卡諾圖得，Y0=I3+I1

5)優(yōu)先編碼器的實現(xiàn)

根據(jù)優(yōu)先編碼器的輸出函數(shù)Y1的卡諾圖和輸出函數(shù)Y0的卡諾圖，分別化間得出Y1和Y0的最簡邏輯表達式如下：

用與門很容易實現(xiàn)，畫出如圖2所示的邏輯圖。

表4 優(yōu)先編碼器真值表Tab.4 The truth table of priority encoder

表5 輸出函數(shù)Y1的卡諾圖Tab.5.The karnaugh map of output function Y1

表6 輸出函數(shù)Y0的卡諾圖Tab.6 The karnaugh map of output function Y0

圖2 2位優(yōu)先編碼器的邏輯圖Fig.2 The logical diagram of two-bit priority encoder

5 實驗

對直接用邏輯門設(shè)計制造的編碼器和優(yōu)先編碼器，與用集成電路芯片設(shè)計制造的編碼器和優(yōu)先編碼器進行實驗測試，發(fā)現(xiàn)在二進制數(shù)位相同的條件下，前者比后者成本降低30%，且速度提高1倍，但后者在應(yīng)用較多，更換較多的場合卻比較方便。

6 結(jié)論

現(xiàn)在，社會中的智能化設(shè)備對編碼器的需求量越來越多，大部分編碼器的應(yīng)用者往往因一個簡單的編碼器而不得不暫時中止手頭工作。本論文的創(chuàng)新點，就是提示相關(guān)工作人員在一定的條件下可以用幾個簡單的邏輯門來構(gòu)成需要的編碼器，已解決實際問題。

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