數位電子技術 - 編碼器

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編碼器是一種組合邏輯電路，用於將普通或熟悉的的資訊轉換為編碼格式。換句話說，編碼器是一種數字裝置，它將以十進位制數字和字母字元形式表示的資訊轉換為編碼形式，例如二進位制表示。編碼器執行的操作稱為編碼。

在本章中，我們將解釋編碼器的基礎知識和常用型別的編碼器。

什麼是編碼器？

編碼器是一種數字組合電路，它將人類友好的資訊轉換為編碼格式，以便使用機器進行處理。簡單來說，編碼器將資訊從普通形式轉換為編碼形式。這個過程稱為編碼。

編碼器是各種數位電子應用中至關重要的元件，例如資料傳輸、控制和自動化、通訊、訊號處理等。

編碼器由一定數量的輸入和輸出線組成。其中，編碼器最多可以有“2ⁿ”條輸入線和“n”條輸出線。因此，編碼器使用“n”位編碼由“2ⁿ”條輸入線表示的資訊。

編碼器的框圖如下所示：

現在讓我們討論在數位電子應用中常用的不同型別的編碼器。

編碼器型別

數位電子技術中一些常用的編碼器型別：

• 4到2編碼器
• 8到3編碼器（八進位制編碼器）
• 十進位制到BCD編碼器

現在讓我們詳細討論這三種最常用的編碼器型別。

4到2編碼器

4到2編碼器是一種編碼器，它有4（2²）條輸入線和2條輸出線。它根據輸入線的組合產生輸出程式碼（即，將輸入資訊轉換為2位格式）。

4到2編碼器的框圖如下所示。

4到2編碼器針對不同輸入組合的工作情況在下面的真值表中描述：

從這個真值表中，我們可以推匯出4到2編碼器每個輸出的布林表示式如下：

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: I_{1} \: + \: I_{3}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: I_{2} \: + \: I_{3}}$$

很明顯，我們可以使用兩個或門來實現4到2編碼器的邏輯電路。下圖顯示了4到2編碼器的邏輯圖。

4到2編碼器的應用

4到2編碼器廣泛應用於以下應用：資料多路複用、生成數字控制訊號、地址解碼應用、數字系統中的資料編碼等。

八進位制到二進位制編碼器

八進位制到二進位制編碼器是一種將八進位制程式碼轉換為二進位制程式碼的編碼器。它接受8條輸入線，並根據輸入線的組合產生3位輸出。因此，它也稱為8到3編碼器。

八進位制到二進位制編碼器的框圖如下所示：

下表描述了八進位制到二進位制編碼器的功能：

從這個真值表中，我們可以寫出八進位制到二進位制編碼器輸出的布林表示式如下：

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: I_{1} \: + \: I_{3} \: + \: I_{5} \: + \: I_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: I_{2} \: + \: I_{3} \: + \: I_{6} \: + \: I_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{2} \: = \: I_{4} \: + \: I_{5} \: + \: I_{6} \: + \: I_{7}}$$

從這些表示式可以看出，八進位制到二進位制編碼器的實現需要3個或門。

八進位制到二進位制編碼器的邏輯電路圖如下所示：

八進位制到二進位制編碼器的應用

八進位制到二進位制編碼器用於以下應用：

• 數字系統中的資料轉換。
• 將八進位制記憶體地址轉換為二進位制記憶體地址。
• 在微處理器和微控制器中，將八進位制指令轉換為二進位制格式。
• 在通訊系統中，將八進位制資料編碼為二進位制形式進行傳輸等。

十進位制到BCD編碼器

可以將十進位制數或使用十進位制數表示的資訊轉換為其等效二進位制編碼十進位制 (BCD) 格式的編碼器稱為十進位制到BCD編碼器。

在BCD編碼方案中，每個十進位制數字可以轉換為4位二進位制表示。下表顯示了從0到9的十進位制數字的BCD等效值。

十進位制到BCD編碼器接受10條輸入線，並根據輸入線的組合產生4位BCD輸出。因此，有時它也稱為10到4編碼器。

下圖顯示了十進位制到BCD編碼器的框圖。

描述十進位制到BCD編碼器工作情況的真值表如下所示：

從這個真值表中，我們可以寫出十進位制到BCD編碼器的布林表示式如下。

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: D_{1} \: + \: D_{3} \: + \: D_{5} \: + \: D_{7} \: + \: D_{9}}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: D_{2} \: + \: D_{3} \: + \: D_{6} \: + \: D_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{2} \: = \: D_{4} \: + \: D_{5} \: + \: D_{6} \: + \: D_{7}}$$

$$\mathrm{Y_{3} \: = \: D_{8} \: + \: D_{9}}$$

十進位制到BCD編碼器的邏輯電路可以使用四個或門來實現，如下所示：

十進位制到BCD編碼器的應用

十進位制到BCD編碼器應用於數字鐘錶和計時器、資料處理裝置和儲存系統、計算器、測量儀器、顯示裝置、微處理器、微控制器、嵌入式系統等。

結論

編碼器將資訊轉換為某種編碼格式。編碼器是各種數字系統中的重要元件，例如自動化和控制系統、通訊系統和儲存單元、計算裝置、測量儀器、資料轉換器等等。

本章涵蓋了最常用的幾種編碼器型別，它們分別是4-2編碼器、八進位制到二進位制編碼器和十進位制到BCD編碼器。