Chuyển mã và giải mã trong điện tử số

35 Bài 4 : chuyển đổi mã và giải mã (Code Conversion and Decoder) A. Phần tóm tắt lý thuyết. 1. Mã và chuyển đổi mã. ở mã BCD ta đã sử dụng 1 nhóm mã hệ 2 gồm 4 bit để biểu diễn các số ở hệ 10 từ 1 đến 9. Quá trình này đợc gọi là sự mã hoá. Tơng tự nh vậy ta có thể dùng 1 nhóm mã hệ 2 nhiều bit hơn để mã hoá các chữ cái, các ký hiệu khác (+, -, &, %, $ ) hoặc cả một tập hợp lệnh cho trớc của máy tính số. Với một dãy n chữ số hệ 2 (n bit) ta có 2 n bộ giá trị khác nhau đại diện cho 2 n các ký hiệu hoặc các lệnh cần mã hoá. Nếu số ký hiệu và lệnh cần mã hoá là N: n N 2 Nếu N = 2 n thì số nhóm mã n bit vừa đủ để mã hoá N ký hiệu. Nếu N < 2 n thì sẽ còn 1 số nhóm mã n bit thừa và đợc dùng vào mục đích khác nh phát hiện lỗi hoặc sửa sai trong quá trình truyền thông tin. Trong giáo trình lý thuyết ta đã tìm hiểu mã hoá số của hệ 10 bằng mã BCD 8421, việc chuyển mã hệ 2 sang mã Gray, mã hệ 2 sang mã bù 2. 2. Giải mã. Là quá trình ngợc lại với mã hoá. Nghĩa là từ 1 bộ giá trị của nhóm mã n bit ta tìm lại đợc 1 trong N ký hiệu hoặc lệnh tơng ứng. a) Giải mã nhị phân (Binary decoder) Mạch giải mã là một mạch logic tổ hợp thực hiện việc chuyển đổi từ mã này sang mã khác. Trong giải mã nhị phân , nếu mã vào có n bit thì mã ra có 2 n bit. Đó là giải mã vào n ra 2 n . Về nguyên tắc hoạt động và kết cấu của sơ đồ logic thì giải mã giống nh phân kênh. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng thì khác nhau. Theo lý thuyết toán học, muốn mã hoá 4 số thấp phân (0, 1, 2, 3) ta cần 4 tổ hợp mã nhị phân với hai ký hiệu A 1 , A 0 . Muốn mã hoá 8 số thập phân (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) ta cần 8 tổ hợp mã nhị phân với 3 ký hiệu A 2 , A 1 , A 0 . Muốn mã hoá 16 số thập phân (0, 1, , 15) ta cần 16 tổ hợp mã nhị phân bốn ký hiệu A 3 , A 2 , A 1 , A 0 36 Hình vẽ dới đây giúp ta có khái niệm về cách thiết kế logic cho giải mã từ nhị phân ra mã 8 (Binary - to - Octal decoder). Đa số các mạch giải mã bán trên thị trờng hiện nay đợc thiết kế với đầu ra tác động ở mức logic thấp (active - low output). Sở dĩ nh vậy vì cửa đảo nói chung tác động nhanh hơn không đảo. Nh vậy, ta chỉ cần thay đổi cửa và bằng cửa không và, thay thế ký hiệu đầu ra : 0 bằng 0 1 bằng 1 2 bằng 2 Vi mạch 74LS138 là giải mã vào 3 ra 8 với đầu ra tác động ở mức logic thấp. Lu ý rằng trong sơ đồ logic hình trên không có đầu vào cho phép (ENABLE) vì ở đây chỉ quan tâm đến cách xây dựng mạch logic có 8 tổ hợp của ba ký hiệu A 2 , A 1 , A 0 . 7 6 5 4 3 2 1 0 A2A2 A1A1 A0A0 37 Đầu vào Đầu ra A 2 A 1 A 0 Octal Hàm logic 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 012 AAA 012 AAA 022 AAA 012 AAA 012 AAA 012 AAA 012 AAA 012 AAA Trong các sách cẩm nang vi mạch số có giới thiệu một số giải mã. Ví dụ, các giải mã vào 2 ra 4 là 74LS139, 74LS155. 74LS156. Giải mã vào 4 ra 16 là 74LS154. Muốn có giải mã nhị phân ra thập phân nghĩa là muốn mã hoá 10 số thập phân thì giải quyết nh thế nào ? Dĩ nhiên rằng ta chỉ cần 10 tổ hợp mã nhị phân 4 ký hiệu (D, C, B, A). Nh vậy, 6 tổ hợp bị loại trừ là 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 và 1111. 74LS42 A3 A2 A1 A0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 38 b) Giải mã 7 đoạn (7 - segment display) Đèn chỉ thị 7 đoạn (7 - segment display) Đèn chỉ thị 7 đoạn gồm 7 diot phát quang (LED: Light Emission Diode) hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display). Mỗi bit đợc thể hiện bằng một đoạn sáng a hoặc b hoặc c đến g. Có hai loại chỉ thị 7 đoạn: - A nốt chung - Catốt chung 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 f 7 g 8 . 9 V+ REDCA 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 f 7 g 8 . 9 Gnd REDCC 39 Giải mã nhị phân ra mã 7 đoạn (loại 7447). Vi mạch 7447 là giải mã nhị phân ra mã 7 đoạn . Số nhị phân đợc mã hoá để chuyển thành mã 7 đoạn . Giải mã 7447 có các đầu ra tác động thấp nên đèn chỉ thị 7 đoạn có anốt chung. Sơ đồ nối mạch giữa 7447 và chỉ thị 7 đoạn đợc diễn tả hình dới đây. Điện trở R làm nhiệm vụ bảo vệ cho các LED (R = 300 ). Dới đây là bảng chân lý cho giải mã 7447A, 74L47, 74LS47. Đầu vào Đầu ra Thập phân D C B A a b c d e f g Chỉ thị 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 4 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4 5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5 6 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 6 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 9 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 9 10 1 0 1 0111001 0 11 1 0 1 1110011 0 12 1 1 0 0101110 0 13 1 1 0 1011010 0 14 1 1 1 0111000 0 15 1 1 1 1111111 1 Tối hoàn toàn Số nhị phân 4 bit +5V 300ohm 74LS47 A3 A2 A1 A0 test RBI g f e d c b a RBO 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 f 7 g 8 . 9 V+ REDCA 40 Giải mã nhị phân ra mã 7 đoạn (loại MC 14495) Vi mạch MC 14495 cũng là giải mã nhị phân ra mã 7 đoạn. Giải mã này có các đầu ra tác động cao nên ta phải dùng đèn chỉ thị 7 đoạn có catốt chung. Để bảo vệ cho các LED, ngời ta đã lắp ráp sẵn các điện trở cùng loại 290 ngay trong vi mạch. Do vậy, khi dùng nguồn +5v ta không cần lắp thêm các điện trở R nh khi dùng vi mạch 7447. Đặc biệt, các số từ 10 đến 15 đợc hiện thị tơng ứng là A, b, C, d, E, F 41 B. Phần thực nghiệm. 1. Nghiên cứu sự hoạt động của giải mã vào 2 ra 4 loại 74LS139 (2 to 4 line Decoder). Các loại giải mã vào 2 ra 4 74LS139, 74F139 Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Giải mã 74LS139 vào 2 ra 4 [Digital by Function/Decode,Demux/74139] 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Chú ý: [ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện ( ) Ký hiệu phím tắt Bớc 2: Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra L 0 ,L 1 ,L 2 ,L 3 . Bớc 3: - Thay đổi các giá trị logic lối vào S 0 , S 1 thông qua các logic switch, G là đầu vào cho phép. Điền đầy đủ vào bảng chân lý các kết quả thực nghiệm quan sát các giá trị logic lối ra L 0 ,L 1 ,L 2 ,L 3 . S1 5V S0 5V G 0V L3 L2 L1 L0 74LS139 A1a A0a Ea A1b A0b Eb Q3a Q2a Q1a Q0a Q3b Q2b Q1b Q0b 42 - So sánh với bảng chân lý ở phần lý thuyết. Vi mạch 74LS139 đợc gọi là giải mã/ phân kênh. Giải thích tại sao có hai tên nh vậy? 2. Thiết kế, xây dựng và đo đạc thực nghiệm giải mã vào 3 ra 8 bằng giải mã 74LS139 và các cửa không và 74LS00. Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành: Bớc1 Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Giải mã 74LS139 vào 2 ra 4 [Digital by Function/Decode,Demux/74139] 04 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) Bớc 2 Đầu vào Đầu ra G S 1 S 0 L 3 L 2 L 1 L 0 1xx 000 001 010 011 G 43 Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra Q 0 ,Q 1 ,Q 2 ,Q 3 .,Q 4 ,Q 5 ,Q 6 ,Q 7 . Bớc 3 - Thay đổi các giá trị logic lối vào S 0 , S 1 , S 2 thông qua các logic switch, G là đầu vào cho phép. Điền đầy đủ vào bảng chân lý các kết quả thực nghiệm quan sát các giá trị logic lối ra Q 0 ,Q 1 ,Q 2 ,Q 3 .,Q 4 ,Q 5 ,Q 6 ,Q 7 . 3. Nghiên cứu giải mã nhị phân ra 7 đoạn (loại 7447 hoặc 74LS247). Sơ đồ thí nghiệm: Các bớc tiến hành: Bớc1 Đầu vào Đầu ra G S 2 S 1 S 0 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 Y 1 x x x 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 44 Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 01 Giải mã 74LS247 giải mã nhị phân ra 7 đoạn [Digital by Function/Decode,Demux/74247] 04 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 7 Segment LED [Displays/7 Segment LED/ CA 7 Seg ] Bớc 2 Sau khi vẽ xong mạch, bạn nhấp lên nút Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào các logic switch để lần lợt thay đổi các mức logic của các logic switch. Hãy quan sát sự thay đổi các trạng thái ở lối ra. Bớc 3 - Thay đổi các giá trị logic lối vào A,B,C,D thông qua các logic switch. Điền đầy đủ vào bảng chân lý các kết quả thực nghiệm quan sát các giá trị logic lối ra . - So sánh thực nghiệm với lý thuyết, nhận xét ? Thập phân Đầu vào D C B A Đầu ra gfedcba 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4. Kiểm tra kiến thức : ENCODER Số bit mã vào và số bit mã ra của giải mã nói chung khác nhau. Trong các tài liệu kỹ thuật, nếu số bit mã vào ít hơn số bit mã ra thì giải mã có tên là DECODER. Ví dụ giải mã nhị phân ra thập phân 7442, 7445 (Decoder 7442, 7445). Ngợc lại, số bit mã vào nhiều hơn số bit mã ra thì giải mã đợc gọi là ENCODER. Ví dụ giải mã thập phân ra nhị phân 74147 (Encoder 74147). [...]... 0,5 Giải thích tại sao có sự tơng đơng này : (10001010.101)2 46 = (138,625)10 C Phụ lục Giới thiệu DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông dụng sử dụng trong bài thực hành 1 Giải mã nhị phân ra octal (Binary to Octal Encoder) Tên IC: 74x138 (TTL) 2 Giải mã nhị phân vào 2 ra 4 Tên IC: 74x139, 74x155, 74x156 (TTL) 47 3 Giải mã nhị phân vào 4 ra 16 Tên IC: 74x154 (TTL) 48 Giải mã. .. 1 1 1 1 0 - Đầu ra A1 A 0 - - Mã và biến đổi mã - Điền vào chỗ trống các biểu diễn mã tơng đơng : 45 Thập phân Thập lục phân 56 - - 10.0101 - - - Nhị phân - 7E Bộ nhớ trong một máy vi tính đợc phân ra nhiều lô và đợc đánh dấu từ 0000 đến 3FFF Mỗi lô lu trữ 1 byte Hỏi bộ nhớ này đã lu trữ bao nhiêu bit, bao nhiêu byte và kilobyte ? - Trong kỹ thuật số thì dấu chấm ( ) đợc quy ớc.. .Giải mã (ENCODER) vào 6 ra 3 Khi ấn nút số 5 nghĩa là đờng dẫn 5 nối đất Đờng dẫn này liên quan tới hai cửa hoặc Qua phân tích mạch thấy rằng A0 = 1, A1 = 0, A2 = 1 Nh vậy số 5 thập phân ứng với 101 nhị phân Hãy điền đầy đủ vào chỗ trống của bảng chân lý ứng với mạch này +5v A2 A1 A0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Đầu vào 1 2 3 4 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1... 2 Giải mã nhị phân vào 2 ra 4 Tên IC: 74x139, 74x155, 74x156 (TTL) 47 3 Giải mã nhị phân vào 4 ra 16 Tên IC: 74x154 (TTL) 48 Giải mã nhị phân ra thập phân Loại 7442 4 Giải mã BCD sang thập phân Tên IC: 74x42 (TTL) 49 5 Giải mã BCD sang mã 7 đoạn Tên IC: 74x47 (TTL) 50 51 . ENCODER Số bit mã vào và số bit mã ra của giải mã nói chung khác nhau. Trong các tài liệu kỹ thuật, nếu số bit mã vào ít hơn số bit mã ra thì giải mã có tên là DECODER. Ví dụ giải mã nhị phân. 012 AAA Trong các sách cẩm nang vi mạch số có giới thiệu một số giải mã. Ví dụ, các giải mã vào 2 ra 4 là 74LS139, 74LS155. 74LS156. Giải mã vào 4 ra 16 là 74LS154. Muốn có giải mã nhị phân. lại, số bit mã vào nhiều hơn số bit mã ra thì giải mã đợc gọi là ENCODER. Ví dụ giải mã thập phân ra nhị phân 74147 (Encoder 74147). 45 Giải mã (ENCODER) vào 6 ra 3. Khi ấn nút số 5