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Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern

Was ist ein Encoder?

Ein Encoder ist eine kombinatorische Schaltung, die eine Menge von Eingangssignalen in einen binär-kodierten Ausgang umwandelt. Er ist das logische Inverse eines Decoders. In der Praxis werden Encoder verwendet, um die Anzahl der Signale zu reduzieren, die erforderlich sind, um eine Menge von Eingängen darzustellen, was die nachgelagerte Verarbeitung vereinfacht und die Systemzuverlässigkeit verbessert.

2-zu-1 Zeilen-Encoder

Zur Veranschaulichung leiten wir die Wahrheitstabelle für einen einfachen 2-zu-1 Zeilen-Encoder durch Umkehrung eines 1-zu-2 Decoders ab. Die Decoder-Wahrheitstabelle ist:

D1D0A
010
101

Die Umkehrung dieser Beziehung ergibt die Encoder-Wahrheitstabelle:

D1D0A
00–
010
101
11–

Wenn beide Eingänge aktiv sind (letzte Zeile), ist der Ausgang undefiniert. In vielen Anwendungen wird diese Situation durch Hinzufügen sequentieller Logik zur Erkennung und Meldung mehrerer simultaner Aktivierungen gehandhabt, um zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Encoder-Design-Anwendungen

Eine häufige reale Anwendung ist der Binär-zu-7-Segment-Display-Encoder. Die sieben Segmente (beschriftet D6 bis D0) müssen aktiviert werden, um Dezimalziffern auf einem 7-Segment-Display darzustellen. Die Wahrheitstabelle für einen 4-Bit-binären Eingang (I3…I0) ist unten dargestellt:

I3I2I1I0D6D5D4D3D2D1D0
00001110111
00010010010
00101011101
00111011011
01000111010
01011101011
01101101111
01111010010
10001111111
10011111011

Einträge, die nicht-existente Dezimalziffern entsprechen (z. B. Binär 1011 und höher), können als Don't-Care-Bedingungen behandelt werden, was die Logikvereinfachung ermöglicht. Mithilfe von Karnaugh-Diagrammen werden die minimierten Gleichungen für jeden Ausgang wie folgt abgeleitet:

Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern

Die resultierenden vereinfachten Gleichungen sind nachfolgend zusammengefasst:

Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern

Resultierender Schaltplan

Die Implementierung der Gleichungen mit Standard-Logikgattern ergibt das folgende Schema:

Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern

Entsprechendes Leiterdiagramm

Für SPS-Anwendungen wird auch das äquivalente Leiterlogik-Diagramm bereitgestellt:

Encoder-Grundlagen: Design von 2-zu-1 und 7-Segment-Binär-Encodern

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