数字电子技术基础（三十三）——编码器

目录

1 编码器

1.2 普通编码器

1.2 优先编码器

1.2.1 8线-3线优先编码器

1.2.2 二—十进制优先编码器

1.3 普通译码器控制端扩展功能举例

---

1 编码器

编码是将输入的每个高低电平信号变为一个对应的二进制编码。编码器是将特定的输入信号转换为特定格式的输出信号，目的是将较多的输入信号编码转换为输入信号较少的输出信号，主要是用于数据压缩的内容、信号传输等功能。

编码器可以分为两类，分别是普通编码器和优先编码器，如下图所示：

图1 编码器的分类

1.2 普通编码器

普通编码器是用n位二进制代码对于个对象进行编码的电路。其中N表示有N个输入变量，任何时刻只有一个输入有效，n表示n个输出变量，二进制数码的位数。

一个普通译码器，任何时刻只允许输入一个编码信号，负责将会出现混乱。对于普通译码器来说，经典的译码器就是8线-3线编码器。如下所示为8线-3线编码器的框图：

图2 8线-3线优先编码器的逻辑框图

对应的真值表如下所示：

图3 8线-3线优先编码器的真值表

对应的逻辑式如下所示：

                              

                              

                              

在任何时刻之间仅仅仅有一个取值为1，输入仅有上面真值表中的8种状态，因此可以化简，得到如下所示的化简公式：

                                                           

                                                           

                                                           

在这里需要注意的是不能使用传统化简方式进行，如果使用传统化简方式的话会出现错误。

1.2 优先编码器

普通编码器要求同一时刻输入信号互斥，即同一时刻只能有一个输入信号有效，否则会出现错误，而优先编码器允许同时输入两个以上的编码信号，当几个输入信号同时出现时，只对于优先级最高的一个进行编码。

1.2.1 8线-3线优先编码器

如下所示为8线-3线优先编码器的电路示意图：“

图4 8线-3线优先编码器的电路图

如下所示为8线-3线优先编码器74HC148的逻辑图：

图5 74HC148的逻辑图

写出输出逻辑式，可以得到：

                                                         

                                                         

                                                         

在上面公式中，S'为选通输入端，当S‘=0，即S=1时，编码器可以正常工作。当S'=1时，所有的输出端被封锁在了高电平。

为了扩展电路的功能和增加使用的灵活性，在74HC148的逻辑电路中附加了门、和的控制电路。在74HC148芯片加入控制电路是多方面原因。包括：

• 扩展输入/输出：单个74HC148芯片只能有8个输入/3个输出，通过增加控制电路，可以完成级联多个74HC148芯片完成16线-4线编码器。
• 消除竞争和冒险：当输入信号变化时，编码器可能会出现短暂毛刺。
• 接口电平转换：74HC148是CMOS器件，若连接TTL门电路的话有可能需要电平配平。

选通输出端和扩展端用于扩展编码功能，可得：

                                                           

                                                         

                                                                   

在上面公式中，当S=1时，才是低电平，因此的低电平输出信号表示“电路工作，但无编码输入”。任何一个编码输入端有低电平信号输入，且S=1，即为低电平。因此，的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入”。

注：

 在使用Digital软件画电路图的时候，也可以直接使用74148芯片代替74HC148，74148芯片如下所示：

图6 74168芯片示意图

74148芯片和74HC148都是8线-3线优先编码器，它们的功能是相同的，但是属于不同逻辑序列，主要是工艺、电气特性、兼容性和输入/输出特性等方面不一样。

首先，在工艺上，74HC148芯片属于CMOS系列，功耗较低，速度较快，而74148芯片属于TTL系列，功耗较高，速度中等；在电气特性上，仅支持5V供电，74HC148支持更宽的范围（2V~6V），适合低电压或电池供电场景；在兼容性上，可以直接替换老式TTL门电路（如74LS148），而74HC148需要电平匹配；在输入/输出特性上，74148的驱动能力较强，而74HC148驱动能力较弱。

如果设计现代低功耗系统，那么74HC148更合适，如果维护旧式TTL电路，那么74148兼容型号。

74HC148的逻辑框图为：

图7 74HC148的逻辑框图

74HC148的功能表为：

图8 74HC148芯片的功能表

通过上表的内容可以看出，当的优先级最高，的优先级最低。当，无论其他输入端有无输入信号，输出端只给的编码，即。

1.2.2 二—十进制优先编码器

二—十进制优先编码器是一种优先编码器，是用于10个十进制输入转为4位BCD输出，二—十进制，它能将10个输入信号分别变为10个BCD码，在中的优先级最高，的优先级最低。

                                                               

                                          

                        

如下所示为逻辑图如下所示：

图9 二-十进制优先编码器的电路图

74HC147的逻辑框图如下所示：

图10 74HC147的逻辑框图

将上图转换为真值表的形式如下所示： 

图11 74HC147的真值表

通过上面真值表的内容可知，对于二—十进制优先编码器输入信号来说，会从低位到高位依次检测，当检测到第一个0所在位置时，此时有效位数为从低位到0所在位数之间的位数和。例如0101111111有效位为7。

1.3 普通译码器控制端扩展功能举例

对于两个8线-3线优先编码器可以扩展为16线-4线优先编码器转换为：

图12 两个74HC148连接在一起

如何控制两篇74HC148芯片正常工作呢？需要设计电路对于两个芯片设计电路进行控制，与之间的关系如下表所示：

表1  和 之间的真值表

		状态
1	1	不工作
1	0	工作,且有输入
0	1	工作，但无输入
0	0	不可能出现

电路图如下所示： 

图13 16线-4线优先编码器

在高八位工作的时候，低八位不可能工作；只有当高八位不工作的时候，低8位才有可能工作。

分析上面电路图，为什么可以直接连接呢？原因是当为1，为0时，此时表示第一块74HC148芯片有输入，取反之后，为1。如果为0，为1时，表示第一块74HC149芯片无输入，取反之后，为0。

而另外三位、、中为什么需要两片芯片之间进行与非操作呢？对于16线-4线优先编码器低三位两片芯片的输出进行“与非”操作。例如输入，此时对于高8位的74HC148芯片相当于相当于单独工作时输入了十进制3，此时、、输出的是011，则、、为100，而低8位的74HC148芯片的、、无输入操作为000，则、、为111，此时高8位和低8位的、、相与非为011，再加上前面的最终得到结果。

如果16线-4线优先编码器继续扩展为32线-5线优先编码器或者64线段-6线优先编码器，可以直接将上面16线-4线优先编码器当成一个模块，只需要将两个芯片的连接到一起即可，如下图所示：

图14 两个74HC148连接在一起作为一个模块

以上图所示的连接方式连在一起的话，则可以把两个74HC148作为一个模块。

（本节参考清华大学王红的《数字电子技术基础》课程内容）。