編碼器、譯碼器位的擴(kuò)展及應(yīng)用

0 引 言
    隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，編碼器、譯碼器作為最基本的電子元器件之一，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，例如光柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器、單片機(jī)的I／O等。同時(shí)，也正是其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，現(xiàn)有的編碼、譯碼芯片已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，現(xiàn)在需要的是多位數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼、譯碼，為此，有必要對(duì)編碼器、譯碼器位的擴(kuò)展做進(jìn)一步研究。

1 編碼器位的擴(kuò)展
    表1，圖1給出了74LS148的功能表和邏輯符號(hào)圖。

    由此不難看出，在EI=0電路正常工作狀態(tài)下，允許I0～I(xiàn)7當(dāng)中同時(shí)有幾個(gè)輸入端為低電平，I7的優(yōu)先權(quán)最高，I0的優(yōu)先權(quán)最低。當(dāng)I7=0時(shí)，無論其他輸入端有無輸入信號(hào)(表中以X表示)，輸出端只給出I7的編碼，當(dāng)I7=1，I6=0時(shí)，無論其他輸入端有無輸入信號(hào)，只對(duì)I6編碼。其余的輸入狀態(tài)類同。

    由圖2可知，該編碼擴(kuò)展電路的編碼功能主要還是由74LS148優(yōu)先編碼器來實(shí)現(xiàn)的，之所以編碼位數(shù)能夠擴(kuò)展，是因?yàn)榫幋a器芯片的增加，但關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確地選擇要工作的芯片。也就是說，這8片芯片并非同時(shí)進(jìn)行編碼，實(shí)際上每次對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)，有且只有其中的一個(gè)芯片在進(jìn)行編碼工作，而其他的芯片則是處于禁止工作狀態(tài)，只要正確選擇要工作的編碼芯片，就可以正確地將信號(hào)進(jìn)行編碼。例如，當(dāng)編碼器7的輸入端(以I7為例)有輸入信號(hào)時(shí)，由于EI．H為低電平，編碼器7的選通輸入端有效，所以編碼器7的輸出端有編碼信號(hào)輸出，即Y2Y1Y0=000；同時(shí)編碼器7的選通輸出端E0．7將輸出高電平，GS．7輸出低電平，并且EO．7的一條支路接到編碼器6的選通輸入端，禁止編碼器6輸出，另一條支路接到或門T6的輸入端，使T6輸出高電平，然后T6的輸出又導(dǎo)致或門T5輸出高電平，依次下去，或門T4～T0的輸出都變成高電平，與之相應(yīng)，編碼器5～編碼器0將被禁止工作，E0．H輸出為高電平。也就是說，只要編碼器7有編碼信號(hào)輸出，其他的編碼器將禁止編碼。與此同時(shí)，編碼器7的輸出端Y2，Y1，Y0及選通輸出端GS．7分別經(jīng)與門電路T7，T8，T9，T10，T11，T12，T13運(yùn)算后，使得編碼擴(kuò)展電路的輸出端A5A4A3A2A1A0=000000．E0.H=1，GS．H=0，從而形成對(duì)編碼器7輸入信號(hào)I7的整個(gè)編碼過程。再如，當(dāng)編碼器6的輸入端(以I7為例)有輸入信號(hào)時(shí)(編碼器7無輸入信號(hào)，其他編碼器的輸入為任意)，雖然編碼器7的選通輸入端有效，但編碼器7的所有輸人端無輸入信號(hào)，故編碼器7的選通輸出端EO．7將輸出低電平，GS．6輸出高電平，于是導(dǎo)致編碼器6的選通輸入端有效，將對(duì)其I7輸入端信號(hào)進(jìn)行編碼并輸出，則有編碼器6的輸出端Y2Y1Y0=000，編碼器6的選通輸出端EO．6將輸出高電平，GS．6輸出低電平，同時(shí)或門T0～T6的輸出都將變成高電平，編碼器0～編碼器5的輸入端無論輸入什么信號(hào)，都將無效，而最終輸出結(jié)果為A5A4A3A2A1A0=001000，E0．H=1，GS=0。即形成了對(duì)編碼器6的輸入端I7的編碼過程。其他狀態(tài)的編碼過程可依據(jù)編碼擴(kuò)展電路圖自行分析。
    此外，該編碼擴(kuò)展電路可等效成為一片74LS148編碼器芯片，即編碼擴(kuò)展電路的輸入口——編碼器0～編碼器7的64個(gè)輸入口等效于74LS148的8個(gè)輸入口，編碼擴(kuò)展電路的6個(gè)輸出口等效于74LS148的3個(gè)輸出口，編碼擴(kuò)展電路的選通輸入端EI．H等效于74LS148的選通輸入端EI，編碼擴(kuò)展電路的選通輸出端GS．H，E0．H等效于74LS148的選通輸出端GS，EO，如圖3所示。

2 譯碼器(74LS138)位的擴(kuò)展
    表2，圖4給出74LS138譯碼器的功能表和邏輯符號(hào)圖。當(dāng)S1=1，S2+S3=0時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)；否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖為高電平，這3個(gè)控制端也叫“片選”輸入端。在此，也正是利用這些輸入端來擴(kuò)展譯碼器位的。圖5給出是由9片74LS138譯碼器芯片組成的6線-64線譯碼電路。圖中譯碼器H的控制線S1．H，S2．H，S3．H是該譯碼擴(kuò)展電路的總控制線。此外，該譯碼擴(kuò)展電路的輸出端信號(hào)是以低平為有效信號(hào)的。下面就該譯碼擴(kuò)展電路做一分析(在以下分析中令控制線S1．H=1，S2．H+S3．H=0)。

    假定譯碼擴(kuò)展電路的輸入15141312I1I0=000000，首先I5，I4，I3引到譯碼器H的輸入端，由于S1．H=1，S2．H+S3．H=0，所以譯碼器H先進(jìn)行譯碼，并使其輸出Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110，其輸出端Y0又引到譯碼器0的控制線S2，S3，從而使譯碼器0開始對(duì)其輸入端信號(hào)I2，I1，I0進(jìn)行譯碼，并使其輸出Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111110。另一方面，由于譯碼器H的其他輸出端Y7，Y6，Y5，Y4，Y3，Y2，Y1為高電平，導(dǎo)致譯碼器7，譯碼器6，…，譯碼器1都被禁止。到此為止，該譯碼擴(kuò)展電路的譯碼工作完成，即當(dāng)譯碼擴(kuò)展電路的輸入端I5I4I3I2I1I0=000000時(shí)，譯碼器0的輸出端Y0有有效信號(hào)輸出。再假定譯碼擴(kuò)展電路的輸入端I5I4I3I2I1i0=001000，那么譯碼器H輸出Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0=11111101，譯碼器1將被選中，并對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行譯碼，最終譯碼器1的輸出端Y0有有效信號(hào)輸出。依次分析下去可知，該譯碼擴(kuò)展電路的輸入端I5I4I3I2I1I0從000000~111111的每一個(gè)信號(hào)，都將有惟一的有效輸出與之相對(duì)應(yīng)。

    圖6是譯碼擴(kuò)展電路與74LS138的等效簡圖，即譯碼擴(kuò)展電路的6個(gè)輸人口等效于74LS138的3個(gè)輸入口，譯碼擴(kuò)展電路的控制線S1．H，S2．H，S3．H等效于74LS138的控制線S1，S2，S3，譯碼擴(kuò)展電路的輸出口——譯碼器0～譯碼器7的64個(gè)輸出口等效于74LS138的8個(gè)輸出口。

3 編碼、譯碼擴(kuò)展電路的應(yīng)用
    所謂編碼、譯碼位的擴(kuò)展，其位不僅僅只是擴(kuò)展到64位，即使再多位的擴(kuò)展都是能實(shí)現(xiàn)的，只不過是多用幾片芯片而已。實(shí)際上往往會(huì)遇到這些問題，如可能會(huì)需要將編碼、譯碼的位擴(kuò)展到72位、80位、88位、96位等，其處理方法相同。下面應(yīng)用說明編碼、譯碼擴(kuò)展電路在一些具體電子電路中的應(yīng)用。
3．1 由編碼擴(kuò)展電路組成的鍵盤接口
    在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是人機(jī)交互的重要組成部分，用于向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。而傳統(tǒng)的鍵盤接口則主要是采用矩陣的結(jié)構(gòu)，故占用的單片機(jī)I／O口較多，而且掃描程序又比較繁瑣。為了解決這些問題，將對(duì)另一種鍵盤接口結(jié)構(gòu)做一分析，即由編碼擴(kuò)展電路組成的鍵盤接口。圖7是由編碼擴(kuò)展電路組成的鍵盤接口硬件電路，它只用了單片機(jī)的6個(gè)口就可采集到64個(gè)鍵盤輸入信號(hào)。而單片機(jī)對(duì)鍵盤信號(hào)的采集可采用程序掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描三種方式。

3．2 由譯碼擴(kuò)展電路組成的順序脈沖發(fā)生器
    圖8是由譯碼擴(kuò)展電路組成的32位順序脈沖發(fā)生器的原理圖。74LS161與T觸發(fā)器組成了32位加法計(jì)數(shù)器，由Q，Q3，Q2，Q1，QO輸出。譯碼擴(kuò)展電路用于對(duì)QQ3Q2Q1QO進(jìn)行譯碼，從而在譯碼擴(kuò)展電路的輸出端產(chǎn)生順序脈沖。此外，只有在S2．H，S3．H為低電平時(shí)，該電路才可正常工作。還有一點(diǎn)要注意的是，計(jì)數(shù)器74LS161的邊沿脈沖CP之所以要通過非門接到譯碼擴(kuò)展電路的選通輸入端S1．H上，其目的是為了消除譯碼擴(kuò)展電路中各個(gè)譯碼芯片因傳輸時(shí)間不一致而產(chǎn)生的競爭一冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

4 結(jié) 語
    無論是多么復(fù)雜的編碼、譯碼電路，其實(shí)都可以等效為簡單的編碼譯碼模型，從而使其設(shè)計(jì)思路簡單化?？梢哉f，在實(shí)際應(yīng)用中的某些復(fù)雜電子電路的設(shè)計(jì)，都可以通過這一模型來取代。