優(yōu)先編碼器形式及作用

優(yōu)先級(jí)編碼器一次一個(gè)地獲取所有數(shù)據(jù)輸入并將其轉(zhuǎn)換為輸出端的等效二進(jìn)制代碼,與選擇一個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)輸入線然后發(fā)送的多路復(fù)用器不同數(shù)據(jù)到單個(gè)輸出線或開關(guān)，數(shù)字編碼器通常稱為二進(jìn)制編碼器一次一個(gè)地獲取所有數(shù)據(jù)輸入，然后將它們轉(zhuǎn)換為單個(gè)編碼輸出。所以我們可以說(shuō)二進(jìn)制編碼器是一個(gè)多輸入組合邏輯電路，它將輸入端的邏輯電平“1”數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成輸出端的等效二進(jìn)制代碼。

通常，數(shù)字編碼器產(chǎn)生根據(jù)數(shù)據(jù)輸入線的數(shù)量，輸出2位，3位或4位代碼。 “n位”二進(jìn)制編碼器具有 2 n 輸入線和 n位輸出線，其常見(jiàn)類型包括4對(duì)2 ，8到3和16到4線配置。

數(shù)字編碼器的輸出線產(chǎn)生輸入線的二進(jìn)制等效值，其值等于“1”并可用于編碼十進(jìn)制或十六進(jìn)制輸入模式，通常為二進(jìn)制或“BCD”（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制）輸出代碼。

4到2位二進(jìn)制編碼器

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字編碼器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，當(dāng)邏輯電平“1”存在多個(gè)輸入時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出代碼。例如，如果我們?cè)谶壿嫛?”處輸入 D 1 和 D 2 HIGH，兩者都是相同的時(shí)間，結(jié)果輸出既不是“01”，也不是“10”，而是“11”，這是一個(gè)與實(shí)際輸入不同的輸出二進(jìn)制數(shù)。此外，當(dāng)所有輸入都為“0”或輸入 D 0 等于1時(shí)，可以生成所有邏輯“0”的輸出代碼。

克服此問(wèn)題的一種簡(jiǎn)單方法是“優(yōu)先化”每個(gè)輸入引腳的電平。因此，如果同時(shí)存在多個(gè)邏輯電平“1”的輸入，則實(shí)際輸出代碼將僅對(duì)應(yīng)于具有最高指定優(yōu)先級(jí)的輸入。然后，這種類型的數(shù)字編碼器通常稱為優(yōu)先編碼器或P編碼器。

優(yōu)先編碼器

優(yōu)先級(jí)編碼器通過(guò)為每個(gè)輸入分配優(yōu)先級(jí)來(lái)解決上述問(wèn)題。 優(yōu)先編碼器輸出對(duì)應(yīng)于具有最高優(yōu)先級(jí)的當(dāng)前活動(dòng)輸入。因此，當(dāng)存在具有較高優(yōu)先級(jí)的輸入時(shí)，將忽略具有較低優(yōu)先級(jí)的所有其他輸入。

優(yōu)先級(jí)編碼器有許多不同的形式，其中包含8輸入優(yōu)先級(jí)編碼器的示例及其真值表如下所示。

8到3位優(yōu)先編碼器

優(yōu)先級(jí)編碼器以標(biāo)準(zhǔn)IC形式提供，TTL 74LS148是一個(gè)8至3位優(yōu)先級(jí)編碼器，具有8個(gè)低電平有效（邏輯“0”）輸入，并在其輸出端提供排名最高的輸入的3位代碼。 / p>

優(yōu)先編碼器首先輸出最高階輸入，例如，如果輸入行“ D2 ”，“ D3 ”和“ D5 “同時(shí)應(yīng)用輸出代碼將用于輸入” D5 “（”101“），因?yàn)樗哂?個(gè)輸入中的最高順序。一旦輸入“ D5 ”被刪除，下一個(gè)最高輸出代碼將用于輸入“ D3 ”（“011”），依此類推。

8到3位優(yōu)先級(jí)編碼器的真值表如下：

<噸d>1

其中 X 等于“不關(guān)心”，即邏輯“0”或邏輯“1” 。

從這個(gè)真值表，上面的編碼器的布爾表達(dá)式數(shù)據(jù)輸入 D 0 到 D 7 并輸出 Q 0 ， Q 1 ，Q 2 給出如下：

輸出 Q 0

輸出 Q 1

輸出 Q 2

然后包含零輸入的優(yōu)先級(jí)編碼器的最終布爾表達(dá)式定義為：

優(yōu)先級(jí)編碼器輸出表達(dá)式

實(shí)際上，這些零輸入將被忽略，允許為8到3優(yōu)先級(jí)編碼器的輸出實(shí)現(xiàn)最終的布爾表達(dá)式。我們可以使用單獨(dú)的 OR 門從上面的表達(dá)式構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的編碼器，如下所示。

使用邏輯門的數(shù)字編碼器

數(shù)字編碼器應(yīng)用程序

鍵盤編碼器

優(yōu)先級(jí)編碼器可用于減少具有多個(gè)輸入的特定電路或應(yīng)用中所需的導(dǎo)線數(shù)量。例如，假設(shè)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)需要讀取標(biāo)準(zhǔn)QWERTY鍵盤的104鍵，其中任何一次只能按下一個(gè)鍵“HIGH”或“LOW”。

一種方法是將鍵盤上各個(gè)鍵的所有104根電線直接連接到計(jì)算機(jī)輸入端，但這對(duì)于小型家用電腦來(lái)說(shuō)是不切實(shí)際的。另一種更好的方法是使用優(yōu)先級(jí)編碼器將鍵盤連接到PC。

104個(gè)單獨(dú)的按鈕或鍵可編碼為僅7位的標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼（0到127十進(jìn)制數(shù)） ）表示鍵盤的每個(gè)鍵或字符，然后直接輸入更小的7位BCD碼到計(jì)算機(jī)。鍵盤編碼器，例如74C923 20鍵編碼器就可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

位置編碼器

另一種更常見(jiàn)的應(yīng)用是磁性位置控制，如船舶導(dǎo)航或機(jī)器人使用例如，羅盤的角度或旋轉(zhuǎn)位置由74LS148 8到3線優(yōu)先編碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，并輸入到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)以提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)單的例子8位置到3位輸出羅盤編碼器如下所示?？梢栽诿總€(gè)羅盤點(diǎn)使用磁鐵和簧片開關(guān)來(lái)指示針角位置。

優(yōu)先編碼器導(dǎo)航

中斷請(qǐng)求

其他應(yīng)用程序（尤其是優(yōu)先級(jí)編碼器）可能包括檢測(cè)微處理器應(yīng)用程序中的中斷。這里微處理器使用中斷來(lái)允許外圍設(shè)備（如磁盤驅(qū)動(dòng)器，掃描儀，鼠標(biāo)或打印機(jī)等）與之通信，但微處理器一次只能與一個(gè)外圍設(shè)備“通話”，因此需要某種方式知道何時(shí)特定的外圍設(shè)備希望與之通信。

處理器通過(guò)使用“中斷請(qǐng)求”或“IRQ”信號(hào)為所有外圍設(shè)備分配優(yōu)先級(jí)來(lái)確保最重要的外圍設(shè)備首先得到服務(wù)。設(shè)備的重要性順序取決于它們與優(yōu)先級(jí)編碼器的連接。

因?yàn)閷?shí)施這種使用優(yōu)先編碼器的系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)74LS148優(yōu)先編碼器IC，涉及額外的邏輯電路，可以使用專用的集成電路，如8259可編程優(yōu)先中斷控制器。

數(shù)字編碼器摘要

然后總結(jié)一下，數(shù)字編碼器是一個(gè)組合電路，它響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)有效輸入，在其輸出端產(chǎn)生特定代碼，如二進(jìn)制或BCD。數(shù)字編碼器有兩種主要類型。二進(jìn)制編碼器和優(yōu)先級(jí)編碼器。

我們已經(jīng)看到二進(jìn)制編碼器轉(zhuǎn)換 2之一 n 輸入 n-bit 輸出。然后二進(jìn)制編碼器的輸出位數(shù)少于輸入代碼。二進(jìn)制編碼器對(duì)于壓縮數(shù)據(jù)很有用，可以用簡(jiǎn)單的 AND 或 OR 門構(gòu)建。

標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制編碼器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是它會(huì)如果同時(shí)有多個(gè)輸入處于活動(dòng)狀態(tài)，則會(huì)在其輸出上產(chǎn)生錯(cuò)誤。為了克服這個(gè)問(wèn)題，開發(fā)了優(yōu)先編碼器。

優(yōu)先編碼器是另一種類似于二進(jìn)制編碼器的組合電路，不同之處在于它根據(jù)最高優(yōu)先級(jí)輸入生成輸出代碼。優(yōu)先編碼器在數(shù)字和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛用作微處理器中斷控制器，用于檢測(cè)最高優(yōu)先級(jí)輸入。

在下一個(gè)關(guān)于組合邏輯器件的教程中，我們將研究稱為解碼器的編碼器的互補(bǔ)功能，它將 n位輸入代碼轉(zhuǎn)換為其 2 之一n 輸出行。