编码器的保护与巡检功能

在数字系统中，有时需要把具有某种特定含义的信息（例如十进制数、文字、符号等）编成相应的二进制代码或二-十进制代码，这一过程称为编码，实现编码操作的电路称为编码器（Encoder）。这是一种多输入、多输出的组合逻辑电路。编码器分为二进制编码器、BCD码编码器和优先编码器等类型。最常用的编码器是微机的键盘电路。

n位二进制代码有2n个不同取值组合，可以给2n个或2n以下个的信息编码。对m个信号进行编码时，可用公式2n≥m来确定要使用的二进制代码的位数n，例如对8个信号进行编码，需用3位二进制代码，编码器应有8线输入，3线输出；对10个信号进行编码。需用4位二进制代码，编码器应有10线输入，4线输出。

1）二进制编码器

二进制编码器是将2n个信号转换成n位二进制代码的电路。下面举例说明该编码器的工作原理。

表4.12 8线-3线编码表

【例4.6】 设计一个对Y0～Y7等八个信号进行二进制编码的电路，要求用与非门实现。

解：此处要编码的信号m=8，根据2n≥m的关系可知n=3，即编码器要输出3位二进制代码，设用A、B、C表示。因为8个被编码信号Y0～Y7中每次只能输入一个信号（编码器每次只对一个信号编码），所以可列出Y0～Y7与A、B、C逻辑关系的简化真值表即编码表，如表4.12所示。

由编码表可得A、B、C的逻辑表达式为：

题目要求用与非门实现，因此将上述与或式转换成与非-与非表达式：

由此可画逻辑图，如图4.22。图中隐含对Y0的编码，当Y1～Y7均为0时，输出就是对Y0的编码000。

图4.22　8线-3线编码器逻辑图

2）BCD码编码器

将十进制数0～9转换成二进制代码的电路，称为BCD码编码器，因为根据2n≥m，可知n=4，所以BCD码编码器为10线输入，4线输出。在第2章中曾介绍了常用的BCD码有8421码、余3码、2421码和5421码等，因而相应地有不同的BCD码编码器。下面以最常用的8421BCD编码器为例加以介绍。

设用DCBA表示十进制数的4位二进制代码，8421BCD码的编码表如表4.13所示。同样，这里10个输入信号Y0～Y9也是互相排斥的，由表4.13求出输出函数的表达式：

由上述表达式可以画出如图4.23所示的逻辑图。

表4.13 8421BCD码编码表

图4.23　8421BCD编码器逻辑图

3）优先编码器

上述编码器要求输入信号必须是互相排斥的，即每次只能有一个信号输入编码器，否则输出会发生混乱，而优先编码器不存在此问题。

当同时有一个以上的信号输入编码电路时，电路只能对其中一个优先级别最高的信号进行编码，这种编码器称为优先编码器。例如计算机可以处理多个指令，当同时有一个以上的指令申请操作时，一般用优先编码器对优先级别最高的指令进行操作。下面通过一个例子来说明它的原理。

【例4.7】 旅客列车有特快、普快和普客三种，在同一时间，只允许有一列客车从车站发出，即只能给出一种开车信号，上述三种客车的优先级别是特快最高，其次是普快、普客。试用优先编码器实现上述逻辑要求。

表4.14 列车优先编码真值表

解：设用A、B、C代表特快、普快、普客三种类型，请求开出用1表示，不请求开出用0表示。用Z1、Z2、Z3分别表示允许特快、普快、普客开出信号，1表示允许列车开出，0表示不允许列车开出，可列出表示它们逻辑关系的真值表，如表4.14所示。

由真值表可求得开出信号Z1、Z2、Z3逻辑表达式为：

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图4.24　列车优先开出编码器逻辑图

根据表达式，可画出对应的优先编码器逻辑电路图，如图4.24所示。

4）集成优先编码器简介

常用的集成编码器多为优先编码器，如表4.15所示。

表4.15　集成优先编码器产品

表4.16是8线-3线优先编码器148的功能表，图形符号如图4.25所示。

表4.16　8线-3线优先编码器148的功能表

图4.25　8线-3线优先编码器148的图形符号

由功能表可分析出148的逻辑功能特点如下：

（1）为选通输入端（即控制输入端），只有在时，编码器才执行编码功能时，编码器不工作

（2）编码输入低电平有效，编码输出采用反码形式。

（3中优先级别最高，依次降低最低。例如，当时，不管其他编码输入什么状态，输出对的编码，即（采用反码表示，代表7）；当时，不管其他编码输入什么状态，输出，对编码；其余以此类推。

（4）选通输出（输出标志）端和扩展输出（使能输出）端用来进行功能扩展。当（编码器不编码）时，恒有当（编码器执行编码操作）时，若全为1（即无编码输入信号），则有若不全为1（即有编码输入信号），则有利用和可以扩展148的逻辑功能。例如图4.26即为利用此功能用两片8线-3线优先编码器148组成16线-4线优先编码器接线图。

图4.26　两片148组成16线-4线优先编码器

图中为编码输入优先级别最高最低，所以，148（1）的优先级别高于148（0）。当有编码信号输入时，148（1）的输出端使148（0）的选通输入端不进行编码操作，其输出不影响148（1）对的编码操作编码输出）；当均无信号输入时（都为高电平），148（0）对A7～A0进行优先编码操作。

例如时，148（1）的输出011；148（0）被封锁，其输出此时1100，实现了对的编码；当全为高电平时，148（1）的其输出可以进行编码，若此时时，则148（0）的输出0101，实现了对的编码。

图4.27　优先编码器（54/74）147图形符号

输出端的作用是可以根据其电平高低作为有无编码的标志。当148（1）和148（0）都无编码时，其输出均为高电平，则U输出低电平，表示无编码；只要148（1）和148（0）中任何一个在进行编码操作（即中有低电平输入），则它的定为低电平，U即输出高电平，标志着有编码。

图4.27是10线-4线（8421BCD码）优先编码器（54/74）147的图形符号，表4.17是它的功能表，读者可自行分析其逻辑功能。

表4.17　8421BCD码10线-4线优先编码器147功能表

图4.28是8线-8线优先编码器74 HC149的引脚图，它的功能表为表4.18。

图4.28　74HC149的引脚图

表4.18　8线-8线优先编码器74HC149的功能表