BCD Zahlen, oder auch Binary Coded Decimals, kodieren die Zahlen 0-9 in 4-Bit. Das ist nützlich, da man so etwas Redundanz hat für sicherheitskritische Anwendungen, aber auch, weil man nette BCD zu 7-Segment Anzeigen Konverter bauen kann. Leider gibt es den Nachteil, dass man nicht ohne weiteres eine 4-Bit Binärzahl, wie sie z.B aus einem Volladdierer kommt, anzeigen kann, da diese einen Zahlenbereich von 0 bis 15 hat.
Um das zu lösen wird hier eine kleine Schaltung vorgestellt, die eine 4-Bit Zahl entgegen nimmt und zwei BCD Zahlen ausgibt, jeweils eine für die beiden Stellen der dezimalen Darstellung.
Wir definieren den Vektor <m>x = (matrix{4}{1}{x_0 x_1 x_2 x_3})</m> als Eingabe in das System und die Vektoren y und z als Ausgabe. Der Vektor y ist dabei die einer-Stelle der resultierenden Dezimal Zahl, z die Zehner-Stelle(x = zy).
Um die Funktionsweise zu verstehen schauen wir uns zuerst die Wahrheitstabelle an:
Dezimal | Binär | z | y | |
---|---|---|---|---|
0 | 0000 | 0000 | 0000 | |
1 | 0001 | 0000 | 0001 | |
2 | 0010 | 0000 | 0010 | |
3 | 0011 | 0000 | 0011 | |
4 | 0100 | 0000 | 0100 | |
5 | 0101 | 0000 | 0101 | |
6 | 0110 | 0000 | 0110 | |
7 | 0111 | 0000 | 0111 | |
8 | 1000 | 0000 | 1000 | |
9 | 1001 | 0000 | 1001 | |
10 | 1010 | 0001 | 0000 | |
11 | 1011 | 0001 | 0001 | |
12 | 1100 | 0001 | 0010 | |
13 | 1101 | 0001 | 0011 | |
14 | 1110 | 0001 | 0100 | |
15 | 1111 | 0001 | 0101 |
Man sieht, dass z als Zahl entweder 0 oder 1 ist, daher generell nur das niederwertigste Bit verändert wird. Die Bedingung für den Wechsel auf 1 ist relativ einfach und direkt ablesbar:
<m>z_0 = (x_3 ∧ x_1) ∨ (x_3 ∧ x_2) </m>(<m>z_0</m> meint das Element mit Index 0 des Vektors)
Damit wird also der Ausgangsvektor z zu:
<m>z = (matrix{4}{1}m_y_matrix_4_1_x_0_x_1_z_0_x_2_z_0_x_3_x_2_x_1_x_3_overline_z_0})</m>
Hier nun die Implementation, getestet mit dem Programm „LogicCircuit“:
Und so sieht eine mögliche Anwendung innerhalb der selben Software aus: