在數(shù)字電路教程的組合邏輯部分,最經(jīng)典的示例除了加法器以外就是:
其實(shí)是兩對(duì)概念:/是跟code(碼)相關(guān)的正反兩個(gè)操作,Mux/Demux是跟數(shù)據(jù)流相關(guān)的正反兩個(gè)操作。
翻看各種教科書,我們很難理清楚它們之間的功能差異以及相互之間的關(guān)系,只是有一些點(diǎn)滴應(yīng)用在書本上提及。
這兩組概念其實(shí)是非常重要的,是構(gòu)成我們信息組織和信息傳輸?shù)闹匾A(chǔ)數(shù)字電路基礎(chǔ)基本教程,并且在我們的生活中處處都能夠找到與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)用:
比如我們看諜戰(zhàn)片中神秘的電報(bào)編碼(要用密碼本來(lái)翻譯);我們用的鍵盤上面有100多個(gè)按鍵、而幾根線就可以將它跟計(jì)算機(jī)連接;我們使用的旋轉(zhuǎn)撥碼開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器中通過(guò)比較器輸出的比較結(jié)果到最終用于表征模擬信號(hào)大小的數(shù)據(jù),這些都被稱為 - 編碼。
單刀八擲的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)可以用3根二進(jìn)制數(shù)據(jù)線來(lái)表征其狀態(tài)
上述開(kāi)關(guān)編碼器部分的圖示
鍵盤上用到的對(duì)多個(gè)按鍵的編碼
簡(jiǎn)而言之,編碼器是一種把熟悉的數(shù)字、字符或符號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的裝置,它將給定的信息編碼成更緊湊的形式,主要用于減少表示給定信息所需的比特?cái)?shù)。在數(shù)字系統(tǒng)中,編碼器用來(lái)傳輸或存儲(chǔ)信息,通過(guò)編碼傳輸鏈路可以使用更少的線路來(lái)傳輸或更少的空間來(lái)存儲(chǔ)。將量化的音樂(lè)通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)換為MP3格式,將采集到的視頻流通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)換為MP4的數(shù)據(jù)格式,這些過(guò)程都統(tǒng)稱為“編碼” ,當(dāng)然在我們的數(shù)字電路教程中,只是通過(guò)最簡(jiǎn)單的示例來(lái)講述其原理。
就像電報(bào)中的編碼有很多種一樣,用二進(jìn)制來(lái)表征數(shù)字、字符或符號(hào)也有多種不同的方式,比如BCD、5421碼、2421碼、余3碼、格雷碼等,每種編碼方式都有其優(yōu)缺點(diǎn),因此有用于不同的場(chǎng)景。
譯碼器()是編碼器的逆過(guò)程,它是把二進(jìn)制表征的信息給翻譯過(guò)來(lái),或者說(shuō)映射過(guò)來(lái),我們生活中的門牌號(hào)、車牌號(hào)、郵箱、組合開(kāi)關(guān)對(duì)多個(gè)燈的控制、嵌入式系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器/外設(shè)尋址,這些都是譯碼的過(guò)程,通過(guò)代碼中的數(shù)字,找到其對(duì)應(yīng)的對(duì)象。在數(shù)字計(jì)算中,代碼中的數(shù)字都是用二進(jìn)制(擴(kuò)展為8進(jìn)制、16進(jìn)制等,本質(zhì)上也是2進(jìn)制)。數(shù)字電路教程中,在譯碼器部分最常用到的例子就是3:8譯碼器,這是因?yàn)榫褪沁@么一個(gè)IC,比較適合做各種實(shí)驗(yàn),當(dāng)然7段數(shù)碼管的控制也是非常重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓同學(xué)們來(lái)體會(huì)譯碼的過(guò)程,通過(guò)幾根控制線的電平組合,可以點(diǎn)亮數(shù)碼管上7個(gè)LED燈中的若干個(gè),從而組合出我們需要顯示的數(shù)字。
FPGA中的邏輯單元的基本構(gòu)成就是LUT - 查找表,其理論基礎(chǔ)就是譯碼,比如我們小腳丫FPGA中采用的是4輸入LUTS數(shù)字電路基礎(chǔ)基本教程,通過(guò)查找表的方式代替邏輯門的構(gòu)成,4個(gè)輸入作為RAM的地址,可以尋址16個(gè)不同的地址空間內(nèi)存儲(chǔ)的信息。
是不是感覺(jué)編碼器/譯碼器用途很廣?
那Mux/Demux呢?想象一下從四條不同路徑過(guò)來(lái)的車輛要并線到一條路上,由紅綠燈控制,控制部分就相當(dāng)于一個(gè)分時(shí)切換的開(kāi)關(guān),根據(jù)開(kāi)關(guān)的控制碼來(lái)決定哪一路的車輛通行,Mux又稱為多路數(shù)據(jù)選擇器,Demux又被稱為數(shù)據(jù)分配器。
其實(shí)MUX不僅用于數(shù)字器件中,模擬電路中也有這個(gè)概念,我們所說(shuō)的模擬開(kāi)關(guān),可以切換不同的輸入與輸出的連接,在模擬電路中Mux和Demux是一體的,同一個(gè)電路即是Mux又是Demux。而數(shù)字的Mux和Demux需要使用不同的器件。
復(fù)用器的構(gòu)成
從上面的圖中可以看出譯碼器是復(fù)用器構(gòu)成的重要部分。復(fù)用器的控制信號(hào)就是通過(guò)譯碼以后,對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的控制端點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的選擇通過(guò)的。
復(fù)用器/解復(fù)用器的邏輯異常簡(jiǎn)單,有一點(diǎn)程序基礎(chǔ)的同學(xué)一看就懂,比如下面的4選1多路選擇器,一個(gè)case語(yǔ)句搞定,case的條件是2個(gè)選擇數(shù)據(jù)為sel1、sel0,sel1和sel0的4種組合決定了一個(gè)LED同4個(gè)不同輸入信號(hào)的連接。
很容易看懂,是因?yàn)槲覀內(nèi)魏我婚T編程語(yǔ)言中的if else、case本質(zhì)上都是Mux的功能,只是我們太習(xí)以為常了而已。
從這幾行代碼看,F(xiàn)PGA的使用非常簡(jiǎn)單,不需要你畫門與門之間的邏輯關(guān)系圖,只需要用這種硬件描述語(yǔ)言來(lái)描述一下其因果關(guān)系就可以了。
與、、Mux、Demux相關(guān)的案例及其FPGA實(shí)現(xiàn)都匯總在的網(wǎng)站百科中,如果您使用我們的Web IDE(不需要下載安裝FPGA工具),也可以找到相關(guān)的參考案例,自己去發(fā)掘嘍。