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优先级编码器真值表_电路图_verilog

IC先生 IC先生 3927 2023-02-11 15:15:39

在数字电子学中,二进制编码器是多输入组合逻辑电路,它同时考虑所有输入线,然后将它们转换为等效的单一编码输出。n位数字编码器包含2^n条输入线和n条输出线。

为了克服二进制编码器的缺点,开发了基于最高优先级输入工作的优先级编码器。本文简要介绍了优先级编码器的主要类型及其应用原理。

基本概念

优先级编码器是一个组合逻辑电路,包含2^n条输入线和n条输出线,代表所有输入线中优先级最高的输入。当多条输入线同时为高电平时,优先级最高的输入优先产生输出。

优先级编码器用于解决二进制编码器中的问题,当多个输入线为高电平有效时,二进制编码器会产生错误输出。如果多个输入线同时为高电平有效 (1),则此编码器会优先考虑每个输入电平并将优先级分配给每个输入。

该编码器的输出对应于具有最高优先级的输入。为了获得输出,忽略所有其他输入行,只考虑具有最高优先级的输入。这是一种二进制编码器或具有优先功能的普通编码器。具有较大幅度或最高优先级的输入首先被编码,而不是其它输入线。因此,生成的输出基于分配给输入的优先级。

在大多数数字应用中,优先级编码器用于选择具有最高优先级的输入。这个选择输入的过程称为仲裁。例如,当多个设备通过计算机系统传输数据时,此编码器将启用具有最高优先级的设备,并允许在所有其他具有较低优先级的设备中访问计算机。

这些编码器设计有4个输入和8个输入。4位优先级编码器包含4个输入和2个输出以及一个有效输出。8位优先级编码器包含8个输入和3个输出。具有8位和4位真值表的优先级编码器电路将在以下部分进行说明。

优先级编码器

8到3优先级编码器

这种编码器也称为8位或八进制到二进制优先级编码器。这种类型的编码器由8个输入和3个输出组成。当多个输入同时为高电平有效时,优先级最高的输入被认为代表输出。例如,如果无论其它输入位如何,D1、D2和D3输入均为高电平有效或逻辑1,则优先级编码器的编码输出将为D3,即111。此处,D1和D2输入位为无关或不关心条件。

8到3优先级编码器真值表如下所示:

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A B C
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 X 0 0 1
0 0 0 0 0 1 X X 0 1 0
0 0 0 0 1 X X X 0 1 1
0 0 0 1 X X X X 1 0 0
0 0 1 X X X X X 1 0 1
0 1 X X X X X X 1 1 0
1 X X X X X X X 1 1 1

从上面的真值表可以看出,D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7是输入,A、B、C是一个8比3优先级编码器的输出。

仅当输入D4、D5、D6和D7为高电平有效时,优先级编码器的输出“A”才表示为高电平有效或逻辑“1”。仅当输入D2、D3、D6和D7 为高电平有效时,编码器的输出“B”才为逻辑1。类似地,仅当输入D1、D3、D5和D7 为高电平有效时,输出“C”才表示为逻辑“1”。

A、B和C的输出表达式是从卡诺图 (K-map) 简化或真值表中编写的。得到输出表达式如下所示:

  • A=D4+D5+D6+D7
  • B=D2+D3+D6+D7
  • C=D1+D3+D5+D7

根据这些简化的表达式,绘制了8到3优先级编码器电路图,如下用逻辑门表示为:

8转3优先级编码器电路图

另外,标准的74LS148芯片型号提供8到3类型,它由8个低电平有效或逻辑0输入和3个高电平有效或逻辑1输出位组成。这种类型的编码器的不同属性包括用于优先级编码的n 位级联、最高优先级输入的编码、代码转换、十进制到BCD转换,以在所有输入线都为高电平时启用低电平有效的输出线。

4到2优先级编码器

这也称为4位优先级,由4个输入和2个输出线组成。由于编码器包含2^n条输入线和n条输出线。第三个输出是“V”,它被视为有效但指示器,当多个输入线为高电平或处于活动状态 (1) 时,它被设置为1。

如果有效位等于“0”,则所有输入均为“0”。在这种情况下,其它2条输出线被认为是无关紧要的条件,用'X'表示。

4到2优先级编码器的真值表如下所示:

D3 D2 D1 D0 A B V
0 0 0 0 X X 0
1 0 0 0 0 0 1
X 1 0 0 0 1 1
X X 1 0 1 0 1
X X X 1 1 1 1
从上面的真值表可以观察到D3、D2、D1、D0是输入,A和B是输出,V是有效位指示符。这里D3输入是最高优先级输入,D0是最低优先级输入。

  1. 当输入D3为高电平有效 (1) 时,无论所有其他输入线路如何,它都具有最高优先级,则4位优先级编码器的输出为11。
  2. 当D3输入为低电平有效且D2为高电平有效时,无论所有其他输入线如何,具有下一个最高优先级,则输出为BA=10。
  3. 当D3、D2输入为低电平有效且D1为高电平有效且具有下一个最高优先级时,无论其余输入线如何,输出将为BA=01。

可以借助卡诺图(K-map)确定4位编码器的输出表达式,如下所示:

4到2优先级编码器K-map

  • A=D3 + D1D2′
  • B=D2 + D3
  • V=D0 + D1 + D2 + D3

从上面的K-map中可以得到输出A和B的简化表达式。根据这些输出表达式,4到2优先级编码器电路图用逻辑门说明,如下图所示:

4转2优先编码器电路图

4转2优先级编码器的电路图是用2个或门绘制的,与门和非门的组合代表有效位,当有多个输入为逻辑高电平(1)时使用。因此,基于分配给输入的优先级对具有两个输出的四个输入进行编码。 

Verilog代码

当多个输入线被分配逻辑1时,编码器的输出不准确。它仅在其中一个输入为高电平 (1) 时工作。因此,编码器不适用于多条高输入线路。为了克服这个缺点,对每个输入的电平进行了优先排序。因此,在多条输入线的情况下,编码器的输出对应于指定具有最高优先级的输入。这称为优先级编码器。

在结构形式上,优先级编码器的Verilog代码如下所示:

module or_gate (C, A, B);
input A, B;
output C;
assign C= A|B;
endmodule;
module not_gate (F, E);
input E;
output F;
assign F=-E;
endmodule;
module and_gate(Z, X, Y) ;
input X, Y;
output Z;
assign Z= X&Y;
endmodule;
module priority_encoder_struct(A0, A1, Y0, Y1, Y2, Y3);
input Y0, Y1, Y2, Y3;
output A0, A1;
not_gate U1(.F(Y2bar), . e(Y2) ) ;
and_gate U2(.Z(W1) ,. X(Y2bar), . Y(Y1)) ;
or_gate (.C(A1), . A(Y3), . B(Y2)) ;
or_gate(.C(A0),. A(Y1),. B(W1)) ;
endmodule;

编码器和优先级编码器的区别

一般编码器和优先级编码器之间的主要区别是,当多个输入为高电平时,编码器会生成错误输出,但它们是用于压缩数据的应用程序。因此,引入了优先级编码器来克服二进制编码器的问题。

优先级编码器通过考虑多条输入线中优先级最高的输入来生成准确的输出。这些可以通过检测最高优先级的中断来处理微处理器的中断请求。

如果一个电路包含多个输入,那么它用于减少设计过程中所需的电线数量。 

主要应用

优先编码器的一些常见应用包括:

  • 用于减少编号,具有多条输入线的电子电路设计所需的电线和连接,示例是小键盘和键盘。
  • 用于控制船舶导航中的位置和机器人手臂的位置。
  • 在微处理器中断控制器的各种应用中用于检测最高优先级输入。
  • 用于通过在网络上传输二进制代码来保护整个网络免受黑客攻击。
  • 用于对模数转换器的输出进行编码。
  • 用于同步工业中电机的速度。
  • 使用过的机器人车辆。
  • 用于带射频的家庭自动化系统应用。
  • 用于医院的健康监测系统。
  • 用于采用RF技术的安全通信系统以启用密码。

总结

优先级编码器是一种数字逻辑电路,它的主要功能是将一组输入信号转换为一个唯一的可识别的数字代码输出。它有助于提高数据传输的效率,减少电路的复杂度。

优先级编码器通常由若干个输入信号引脚和一个输出代码引脚组成。当某一输入信号为有效时,输出代码引脚会输出一个唯一的代码,它可以是一个二进制代码,也可以是其它格式的代码。当输入中没有有效信号时,输出代码通常为全零或全一。

由于优先级编码器将多个输入信号转换为一个唯一的输出信号,因此,当某个输入信号是最优先的时候,它对应的输出信号就会优先于其它输入信号,这正是它的名字来源。优先级编码器通常用于实现状态机和其它数字逻辑电路。

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