Дешифратор: принцип работы, виды и применение в цифровой технике

Что такое дешифратор?

Дешифратор (декодер) — это ключевое комбинационное устройство, предназначенное для расшифровки закодированных сообщений. Его основная задача — преобразовать входящую информацию в код, понятный для воспринимающей системы. По своей сути, дешифратор выполняет функцию, обратную шифратору (кодировщику). Устройство имеет несколько входов для приема зашифрованных данных и несколько выходов. После обработки входного сигнала, на одном из выходов активируется сигнал, который и указывает на содержание исходной информации. Конструкция дешифратора строится на строгом соответствии: каждой уникальной комбинации сигналов на входе соответствует активация определенного выхода.

История и базовый принцип действия

Первые дешифраторы на полупроводниках были разработаны в середине XX века под руководством Э. Ю. Салаева. Главное предназначение устройства — выбрать по заданному номеру (адресу) одно из нескольких цифровых устройств и активировать его. Когда к дешифратору подключается несколько микросхем, их управляющие входы соединяются с его выходами. Как правило, высокий логический уровень («1») на входе микросхемы означает ее неактивное состояние, а низкий уровень («0») — включение. Таким образом, подавая на вход дешифратора определенный код, можно включить ровно одну целевую микросхему, в то время как остальные останутся отключенными.

Области применения

Сфера использования дешифраторов чрезвычайно широка в устройствах обработки и передачи данных:

• Вычислительная техника: здесь декодеры применяются для преобразования одних кодов в другие (например, двоичного кода в код семисегментного индикатора) или в эквивалентные им величины.
• Радиотехника: в роли дешифраторов выступают детекторы и демодуляторы, которые интерпретируют изменения параметров радиосигнала в передаваемое сообщение.
• Телемеханика: дешифраторы расшифровывают коды на основе структуры принимаемых сигналов, анализируя такие признаки импульсов, как частота, длительность, амплитуда и порядок следования.
• Системы управления: в устройства телеуправления закладывается программа, согласно которой дешифратор анализирует команды и подает сигналы на исполнительные механизмы.

Важнейшим свойством дешифратора является избирательность, которая защищает системы от ложных срабатываний на посторонние сигналы. Также они активно используются в системах телефонной и телеграфной связи.

Дешифраторы в цифровой электронике

В цифровых схемах дешифратор часто работает в связке со счетчиками, регистрами и другими компонентами. Его классическая функция — преобразование двоичного кода в так называемый «линейный» или «унитарный» код (когда активен только один выход, номер которого равен входному двоичному числу). Конкретная структура устройства, количество входов и выходов, а также форма сигналов зависят от его конечного назначения.

Виды и реализация

Дешифраторы могут быть представлены в виде отдельной микросхемы или быть частью более сложного устройства. К распространенным видам относятся:

• Мультиплексоры и демультиплексоры (которые можно рассматривать как разновидности дешифраторов с дополнительными функциями).
• Постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ) запоминающие устройства, внутренняя структура которых включает дешифраторы адреса.
• Специализированные дешифраторы, например, для преобразования двоично-десятичного кода (десятичные дешифраторы).

Цифровые микросхемы-дешифраторы (например, популярные серии ТТЛ 155, 555, 1533 или КМОП 176, 564, 1561) часто имеют 14 или 16 выводов, большинство из которых задействованы как выходы. В один корпус простейшей логической микросхемы могут помещаться несколько однотипных элементов дешифрации.

Пирамидальные дешифраторы

Отдельного внимания заслуживает схема пирамидального дешифратора, которая строится исключительно на двухвходовых логических элементах «И». Такая архитектура особенно эффективна при большом количестве входных переменных, так как позволяет значительно сократить общее число используемых микросхем и упростить конструкцию всего устройства.