Преобразователи кодов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ  УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра БМЭ

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине: цифровая схемотехника

на тему: ”Преобразователи кодов”

Выполнил:         Проверил:

ст. гр. МНП-00-1        Прасол И.В.

 Кузьменко В.И.        

Харьков 2003

Харьковский          Национальный          Университет         Радиоэлектроники 

(название высшего  учебного заведения)

Кафедра Биомедицинских приборов и систем

Дисциплина Цифровая схемотехника

Специальность Физическая и биомедицинская электроника

Курс 4 Группа МНП-00-1 Семестр 7 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема работи Преобразователь кодов                                               

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Срок сдачи студентом оконченной  работи 25. 12. 03  

3. Выходные данные к работе 4-х  разрядный преобразователь 421 кода  в код Грея                           

4. Содержание расчетно-пояснительной  записки (перечень вопрсов, которые  подлежат разработки)_______________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________                    

5. Перечень графического  материала                                                  

6.Дата выдачи заания                            

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Студент      

(подпись)

Руководитель        Прасок И.В.    (подпись)        (фамлия,имя, отчество)

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка  содержит 20 страниц, 10 таблиц, 7рисунков,  приложения, 5 источников.

Целью данной курсовой работы является исследование преобразователя  кодов. Который был промоделирован в пакете Electronic Work Bench.

Преобразователи кодов  применяются в различных отраслях науки и техники. С помощью них можно проводить исследования в вычислительной технике , медицине, электронике и т. д.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДОВ, МИКРОСХЕМА, КОД ГРЕЯ, ДВОИЧНЫЙ КОД, ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ КОД, КАРТЫ КАРНО, КОДОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ           6

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР        7

1.1 Применение кода Грея         7

1.2 Разновидности кодов         9

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ        9

2.1 Выбор схемы преобразователя  кодов       9

2.2 Преобразователь прямого  кода в дополнительный    9

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ         12

4 РАСЧЕТ СХЕМЫ НА  ЭВМ        16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ           17

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК          18

ПРИЛОЖЕНИЕ А          20

ПРИЛОЖЕНИЕ Б          21

ВВЕДЕНИЕ

В наше время происходит стремительное  развитие науки и техники, когда  на первый план выдвигаются общечеловеческие ценности. Одной из главных забот общества должно стать здоровье человека. Одной из главных забот общества должно стать здоровье человека. Эта проблема приобрела особую актуальность в последнее время вследствие увеличившихся физических и психологических нагрузок, связанных с формированием новых экономических отношений и ухудшением экологической обстановки. Появляются новые болезни, которых человечество раньше не знало: СПИД, болезнью, связанные интенсификацией в сельском хозяйстве (применение гербицидов. нитратов); более сложные формы сердечно-сосудистых заболеваний; новые формы рака. для борьбы с этими болезнями  необходим широкий комплекс различных мер, в том числе и создание новой медицинской аппаратуры, позволяющей совершить качественный скачек в диагностике и лечении заболеваний.

Современная медицинская  техника весьма сложна и разнообразна. В ее состав может входить множество  функциональных блоков. В этот состав входит и преобразователь кодов. Он изменяет вид кодирования информации.

Преобразователи кодов  входят в состав приборов кардиологических исследований, например, электрокардиографы и электрокардтиоскопы. Входные коды поступают на блок формирования отведений, который согласует цепь пациента и осуществляет активную нейтрализацию синфазной помехи.

Также они используются в приборах для исследования гемодинамики. Показатели работы сердечно-сосудистой системы очень важны для оценки общего состояния организма и отдельных его участков. Сюда прежде всего относятся артериальное давление и частота пульса или сердечных сокращений, ударный объем сердца; скорость распространения пульсовой волны, характеризующая эластичность сосудов; скорость кровотока, позволяющая судить об образовании тромбов.

Микросхемы подгруппы  преобразователей входят в основном в состав функционально полных серий 219, К224, 235, 435 и ряда других.

Микросхемы К228ПП1 и  К228ПП2 используются как декодирующие преобразователи при разных по полярности питания напряжениях. Аналогично и  К265ПП1 и К265ПП2. К преобразовующим  микросхемам относятся диодный  лист К119ПП1, управляемый делитель для системы АРУ235ПП1.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Применение кода  Грея

Среди независимых двоичных кодов применение находят такие, у которых переход к соседнему числу сопровождается изменениями только в одном разряде (коды с обменной единицей). Так, в технике аналого-цифрового преобразования и пересчетных устройствах широко используется код Грея, называемый также циклическим или рефлекснодвоичным кодом (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Таблица перевода в код Грея

Он позволяет существенно сократить время преобразования, упростить кодирующую логику, а также повысить эффективность защиты от нежелательных сбоев при переходах выходного кода. Недостатком кода Грея является  то, что в нем затруднено выполнение арифметических операций и цифроаналоговое преобразование. Поэтому при необходимости кода Грея преобразование в двоичный. Переход от двоичного к коду Грея по правилу рис. 1.1.

а)                                                      б)

Рисунок 1.1 - Наглядная схема правила перехода от двоичного кода

к коду Грея (а) и обратно (б)

Старшие разряды совпадают, а любой следующий разряд x_k код Грея равен сумме по модулю второго соответствующегоx_k и предыдущего x_k-1 разрядов двоичного кода.

Т.е. x_k=x_kÅx_k-1. При обратном переходе старшие разряды также совпадают, но каждый следующий разряд получает в результате суммирование по модулю 2 полученного предыдущего разряда двоичного кода и соответствующего разряда кода Грея. Т.е. x_k=x_k-1Åx_k. Эту процедуру можно также свести к следующему просмотру и преобразованию цифр кода Грея, начать со старшего разряда: цифра остаётся без изменения, если число предшествующих единиц четно (нуль считается четным числом) и инвертируется, если число предшествующих единиц нечетно.

1.2 Разновидности кодов

Функциональные узлы комбинационного типа характеризуются однозначным соответствием выходных сигналов допустимым комбинациям сигналов на выходе и не зависят от последовательности их смены. Для построения комбинационного функционального узла должны быть заданы всё множество кодов (слов) и соответствующий им набор выходных кодов либо система уравнений, описывающих зависимость каждого разряда выходного кода от независимых выходных переменных.

Комбинационные схемы  строятся либо на основе логических элементов, либо на основе ПЗУ, в которых записывается таблица преобразованных входных слов в выходные.

Преобразователь кодов  предназначен для перевода чисел  из одной формы представления  в другую. Например, при вводе  информации в ЭВМ необходимо преобразовать  десятичные числа в двоичные, а при выводе информации на индикаторы или печатное устройство – двоичные и двоично–десятичные коды в коды управления знакогенератором, светодиодными или жидкокристаллическими индикаторами панелями, механизмом печати.

Таблица 1.2

Отправным пунктом для  построения кодов является таблица  соответствия, в которой записывается полный набор входных и соответственный набор выходных сигналов. Если входные и выходные слова записаны двоичными символами, то синтез преобразователя кода сводится к нахождению для каждого разряда выходного слова булевой функции, устанавливается связь данного разряда с входными наборами двоичных переменных. Нахождение такой связи минимизация булевого выражения осуществляется с помощью карт Карно (диаграмма Вейча). На заключительном этапе полученная функция преобразовывается к виду удобному для реализации в заданном (выбранном) элементном базисе. В таблице 1.1 приведены наиболее распространенные в ЦСХ двоичные коды. В обозначенных 824, 7421, 5421, 2421 указан десятичный вес p_i двоичной единицы x_i соответствующего разряда.

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ

2.1 Выбор схемы преобразователя  кодов

Преобразователи кодов изменяют вид  кодирования данных. В ЭВМ используются несколько форм представления информации. Выходные и входные устройства оперируют с привычными человеку десятичными кодами, вычисления ведутся в двоичных кодах, промежуточной формой представления чисел служит двоично-десятичный код. Используются и другие представления данных. В широком смысле слова к преобразователям кодов можно отнести многие цифровые устройства, в частности дешифраторы и шифраторы, однако по традиции эти устройства выделяют в отдельные классы.

Двоичные числа могут быть представлены в прямом, обратном или дополнительном кодах.

2.2 Преобразователь прямого  кода в дополнительный

Преобразователь прямого  кода в дополнительный (дополнение числа до 2ⁿ) сложно реализуется. В этом случае операция преобразования не является поразрядной, и для определения значения кода в каком-либо разряде требуется анализ значений других разрядов. Для получения дополнительного кода нужно проинвертировать вес разряда преобразуемого кода и затем прибавить к результату единицу.

Сопоставление прямого  и дополнительного кодов показывает, что последний отличается от первого инвертированием старшего разряда от (n-1) до (i+1) включительно, где i-номер первого справа разряда, соединяющую единицу. Остальные разряды остаются неизменными. Например, прямого кода 10100100 дополнительным будет код 01011100. Аналитически это правило записывается в виде:

a_{вых i}= a_{вх i}Å( a_{вх i-1}Ú a_{вх i-2}Ú¼Ú a_{вх 0}), (2.1)

согласно чему для  получения i-го разряда дополнительного кода нуж-но сложить по модулю 2 исходный код этого разряда с дизъюнкцией всех предыдущих (младших) разрядов (рис. 2.1). Знаковый разряд преобразованного кода использоваться как управляющий сигнал.

С ростом объемов запоминающих устройств стало рациональным выполнять преобразователи кодов на основе памяти (табличным методом). Типовые микросхемы (К155ПР6), (К155ПР7) построенных на ПЗУ емкостью 256 бит.

Для преобразователей большей  разрядности собираются схемы с  каскадированием рассмотрим шестиразрядных преобразователей.

Рисунок 2.1- Схема преобразователя  прямого кода в дополнительный

Схемы для преобразования двух или 3 двоично-десятичного кода (рис. 2.2 а, б) содержат  соответственно 2 и 6 микросхем ПЗУ и имеют логическую глубину 2 и 5. условное обозначение преобразователей кодов показано на рис. 3.2 а.

а)      б)

Рисунок 2.2 - Условное обозначение преобразователя кодов (а) и схема преобразователя двух (б) тетрад двоично-десятичного кода

Покажем правильность функционирования схемы на рис. 2.2, б. Анализ работы требует  знания таблицы её функционирования.

Здесь приведена лишь часть таблицы шестиразрядного преобразователя , однако при необходимости легко получить любую строку этой таблицы, по следующей закономерности: в пяти строках таблицы строки совпадают со входами; в пяти следующих строках выходное слово есть входное, из которого вычитается 3; в пяти следующих для получения выходного слова нужно вычесть из входного 6; и, наконец, в пяти последних строках выход равняется входу за вычетом 9.

Возьмём для примера  число 55, которое в двоично-десятичном коде выражается словами рис. 2.3, показаны сигналы, появляющиеся на выходах и входах шестиразрядных преобразователей при подаче на схему двоично-десятичного кода числа 55, свидетельствующие о правильности функционирования схемы.

Таблица 2.1

Рисунок 2.3 - Пример преобразования конкретного кода

С помощью каскадирования строятся  и схемы большей разрядности. При этом для преобразователя шести тетрад, например, требуется 28 микросхем, а логическая глубина схемы равна 13.

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Код Грея образован последовательностью  двоичных чисел, в которых два  любых соединенных числа (первое и последнее число также считаются соседними) отличаются  только одним разрядом.

Пусть необходимое построение преобразователя  двоичного кода 421 в трехразрядный  код Грея. Запишем таблицу соответствия (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Таблица соответствия

Каждый разряд y_i получаем на выходе кода является независимой функцией выходных наборов x₂x₁x₀ которые необходимо найти и мини-мизировать. Для этого воспользуемся картами Карно, записав в клетки карты значения y_i для каждого из наборов:

Соответствующие выражения (3.1) – (3.3) можно получить различные  варианты преобразователей (рис. 3.1, а, б, в).

Таблица 3.2

, (3.1)

Таблица 3.3

, (3.2)

Таблица 3.4

 (3.3)

а)   б)

в)

Рисунок 3.1- Варианты схем преобразователя

Выбор наилучшего варианта реализации производит разработчик, руководствуясь техническими соображениями.

Аналогично используя  ту же таблицу можно выполнить  обратное преобразование кода Грея в код 421.

Таблица 3.5

, (3.4)

Таблица 3.6

,                        (3.5)

Таблица 3.7

 (3.6)

На рис. 3.2 показан один из возможных вариантов преобразования кода Грея в двоичный код 421.

Рисунок 3.2 – Преобразователь кода Грея в код 421

4 РАСЧЕТ СХЕМЫ НА  ЭВМ

При помощи современных  САПР была проведена проверка правильности функционирования схемы на ЭВМ, используя Electronics Workbench.

Рисунок 4.1 – Схема  преобразователя кодов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был рассмотрен преобразователь  кодов , приведены его схемы, а также промоделирована работа в программе Electronic Work Bench. Были приведены таблицы истинности для этих схем.

Передача информации выполняется с помощью кодов, которых несколько видов. Была приведена  таблица соответствия этих кодов  и наборов их выходных и входных сигналов.

Среди независимых двоичных кодов  применение находят такие, у которых переход к соседнему числу сопровождается изменением только в одном разряде (коды с обменной единицей). Это широко распространенный код Грея. Он позволяет существенно сократить время преобразования, упростить кодирующую логику, а также повысить эффективность защиты от нежелательных сбоев при переходах выходного кода.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Зубчук В.И. Справочник  по цифровой схемотехнике. – М.:Высш.шк., 1979. – 425 с.

2. Угрюмов Е.П. Проектирование  элементов и узлов ЭВМ. –  М.:Наука, 1981. – 380 с.

3. Батушев О.Н., Виниаминов  Е.В. Микросхемы и их применение. – Мн.:Беларусь, 1996 с.

4. Изделия электронной  техники. ЛебедевО.Н. и др.- М.: Высш.шк., 1978, 267 с.

5. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/М.И. Богданович, И.Н. Грель,  С.А. Дубина и др.- Минск: Беларусь, Полымя. 1996.- 605 с.

6. Остроухов В.Д. Конспект  лекций по курсу «Теория, расчет  и проектироване биотехнических аппаратов и систем» - Харьков ХИРЭ 1993. – 132с.