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).
Синтез-газ: способы получения, производство, состав и применение
... такое ценное сырье как синтез газ в процессе утилизации отходов. 4. Применение синтез-газа Сегодня синтез-газ используется в химической промышленности ... данного процесса смесь газов начали называть синтез-газом. 1. Состав синтез-газа Как мы уже упомянули выше, в состав синтез-газа входят такие вещества ... стороне от химии, хотя уровень жизни и здоровье населения, проблемы детства и старости так или ...
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
|
Числа |
Двоичныйкод |
КодГрея |
Числа |
ДвоичныйКод |
КодГрея |
|
|
0 |
0000 |
0000 |
8 |
1000 |
1100 |
|
|
1 |
0001 |
0001 |
9 |
1001 |
1101 |
|
|
2 |
0010 |
0011 |
10 |
1010 |
1111 |
|
|
3 |
0011 |
0010 |
11 |
1011 |
1110 |
|
|
4 |
0100 |
0110 |
12 |
1100 |
1010 |
|
|
5 |
0101 |
0111 |
13 |
1101 |
1011 |
|
|
6 |
0110 |
0101 |
14 |
1110 |
1001 |
|
|
7 |
0111 |
0100 |
15 |
1111 |
1000 |
|
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.
Старшие разряды совпадают, а любой следующий разряд xk код Грея равен сумме по модулю второго соответствующегоxk и предыдущего xk-1 разрядов двоичного кода.
Рисунок 1.1 — Наглядная схема правила перехода от двоичного кода к коду Грея (а) и обратно (б)
Т.е. xk=xkxk-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. xk=xk-1xk. 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
|
Число |
8421 |
7421 |
5421 |
Айкена |
Код Грея |
|
|
0 |
0000 |
0000 |
0000 |
0000 |
0000 |
|
|
1 |
0001 |
0001 |
0001 |
0001 |
0001 |
|
|
2 |
0010 |
0010 |
0010 |
0010 |
0011 |
|
|
3 |
0011 |
0011 |
0011 |
0011 |
0010 |
|
|
4 |
0011 |
0100 |
0100 |
0100 |
0110 |
|
|
5 |
0101 |
0101 |
1000 |
1011 |
0111 |
|
|
6 |
0110 |
0110 |
1001 |
1100 |
0101 |
|
|
7 |
0111 |
1000 |
1010 |
1101 |
0100 |
|
|
8 |
1000 |
1001 |
1011 |
1110 |
1100 |
|
|
9 |
1001 |
1010 |
1100 |
1111 |
1101 |
|
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 pi двоичной единицы xi 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:
aвых i= aвх i( aвх i-1 aвх i-2 aвх 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
|
Числа |
Входыа5а4а3а2а1 |
Выходыz5z4z3z2z1 |
||
|
0,1 |
00000 |
1 |
00000 |
|
|
2,3 |
00001 |
1 |
00001 |
|
|
4,5 |
00010 |
1 |
00010 |
|
|
6,7 |
00011 |
1 |
00011 |
|
|
8,9 |
00100 |
1 |
00100 |
|
|
10,11 |
01000 |
1 |
00101 |
|
|
12,13 |
01001 |
1 |
00110 |
|
|
14,15 |
01010 |
1 |
00111 |
|
|
… |
||||
|
38,39 |
11100 |
1 |
10011 |
|
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
|
чмсло |
421 X2X1X0 |
Грея Y2Y1Y0 |
|
|
0 |
000 |
000 |
|
|
1 |
001 |
001 |
|
|
2 |
010 |
011 |
|
|
3 |
011 |
010 |
|
|
4 |
100 |
110 |
|
|
5 |
101 |
111 |
|
|
6 |
110 |
101 |
|
|
7 |
111 |
100 |
|
Каждый разряд yi 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 yi для каждого из наборов:
Соответствующие выражения (3.1) — (3.3) можно получить различные варианты преобразователей (рис. 3.1, а, б, в).
Таблица 3.2
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
, (3.1)
Таблица 3.3
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
, (3.2)
Таблица 3.4
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
(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
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
, (3.4)
Таблица 3.6
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
, (3.5)
Таблица 3.7
|
00 |
01 |
11 |
10 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
(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.
