Decodificadores binários

O decodificador é um tipo de circuito combinacional que decodifica um valor de bit pequeno em um valor de bit grande. É normalmente usado em combinação com codificadores que fazem exatamente o oposto do que um decodificador faz, então leia sobre codificadores aqui antes de prosseguir com os decodificadores. Novamente, assim como os codificadores, há muitos tipos de decodificadores, mas o número de linhas de saída em um decodificador sempre será maior do que o número de linhas de entrada. Aprenderemos como funciona um decodificador e como podemos construir um para nosso projeto neste tutorial.

Principe of Decoder básico:

Como dito anteriormente, o decodificador é apenas uma parte contrária de um codificador. Leva um determinado número de valores binários como entradas e decodifica em mais linhas usando a lógica. Um decodificador de amostra é mostrado abaixo, que recebe 2 linhas como entrada e as converte em 4 linhas.

Outra regra prática com Decodificadores é que, se o número de entradas for considerado n (aqui n = 2), então o número de saídas será sempre igual a 2 ⁿ (2 ² = 4), que é quatro em nosso caso. O decodificador possui 2 linhas de entrada e 4 linhas de saída; portanto, este tipo de decodificador é chamado de decodificadores 2: 4. Os dois pinos de entrada são nomeados como I1 e I0 e os quatro pinos de saída são nomeados de O0 a O3 conforme mostrado acima.

Também é importante saber que um decodificador comum como o mostrado aqui tem a desvantagem de não ser capaz de distinguir entre a condição de ambas as entradas serem zero (não conectadas a outros circuitos) e ambas as entradas serem baixas (lógico 0). Essa desvantagem pode ser resolvida usando um decodificador de prioridade, que aprenderemos mais tarde neste artigo. A tabela verdade de um decodificador comum é mostrada abaixo

A partir da tabela de verdade do decodificador, podemos escrever a expressão booleana para cada linha de saída, basta seguir onde a saída fica alta e formar uma lógica AND baseada nos valores de I1 e I0. É muito semelhante ao método Encoder, mas aqui usamos a lógica AND em vez da lógica OR. A Expressão Booleana para todas as quatro linhas é fornecida abaixo, onde o símbolo (.) Representa a lógica AND e o símbolo (') representa a lógica NOT

O ₀ = I ₁ '.I ₀ ' O ₁ = I ₁ '.I ₀ O ₂ = I ₁.I ₀ ' O ₃ = I ₁.I ₀

Agora que temos todas as quatro expressões, podemos converter essas expressões em um circuito de porta lógica combinacional usando as portas AND e NOT. Simplesmente use as portas AND no lugar de (.) E uma porta NOT (lógica invertida) no lugar de (') e você obterá o seguinte diagrama lógico.

Vamos construir o diagrama do circuito do decodificador 2: 4 na placa de ensaio e verificar como ele está funcionando na vida real. Para fazê-lo funcionar como um hardware, você deve usar a porta lógica IC como 7404 para porta NOT e 7408 para porta AND. As duas entradas I0 e I1 são fornecidas por meio de um botão e a saída é observada por meio de luzes LED. Depois de fazer a conexão no breadboard, ela ficaria parecida com a imagem abaixo

A placa é alimentada por uma fonte externa de + 5V, que por sua vez alimenta o CI do Gate através dos pinos Vcc (pino 14) e terra (pino 7). A entrada é dada por botões de pressão, quando é pressionado é lógico 1 e quando não pressionado dá lógico 0, um resistor pull down de valor 1k também é adicionado ao longo das linhas de entrada para evitar que os pinos flutuem. As linhas de saída (O0 a O3) são dadas através dessas luzes LED vermelhas, se eles acenderem é lógico 1, caso contrário, é lógico 0. O funcionamento completo deste circuito decodificador é mostrado no vídeo abaixo

Observe que a tabela verdade para cada entrada é exibida no canto superior esquerdo e o LED também brilha da mesma maneira ordenada. Da mesma forma, também podemos criar um diagrama lógico combinacional para todos os tipos de decodificadores e construí-los em um hardware como este. Você também pode olhar para os ICs do decodificador prontamente disponíveis, se o seu projeto for adequado.

Desvantagens dos decodificadores padrão:

Assim como um codificador, o decodificador padrão também sofre do mesmo problema, se as duas entradas não estiverem conectadas (lógica X) a saída não permanecerá como zero. Em vez disso, o decodificador o considerará como lógico 0 e o bit O0 será definido como alto.

Decodificador de prioridade:

Portanto, usamos o decodificador de prioridade para superar esse problema, este tipo de decodificador tem um pino de entrada extra rotulado como “E” (Ativar) que será conectado com o pino válido do decodificador de prioridade. O diagrama de blocos para um decodificador de prioridade é mostrado abaixo.

A tabela verdade para um codificador de prioridade também é mostrada abaixo, aqui X representa nenhuma conexão e '1' representa lógica alta e '0' representa lógica baixa. Observe que o bit de habilitação é 0 quando não há conexão nas linhas de entrada e, portanto, as linhas de saída também permanecerão zero. Dessa forma, poderemos superar a desvantagem acima mencionada.

Como sempre, a partir da tabela verdade, podemos conduzir a expressão booleana para as linhas de saída O0 a O3. A Expressão Booleana para a tabela verdade acima é mostrada abaixo. Se você olhar mais de perto, poderá notar que a expressão é a mesma de um decodificador 2: 4 normal, mas o bit Enable (E) foi colocado em AND com a expressão.

O ₀ = EI ₁ '.I ₀ ' O ₁ = EI ₁ '.I ₀ O ₂ = EI ₁.I ₀ ' O ₃ = EI ₁.I ₀

O diagrama lógico combinacional para a expressão booleana acima pode ser construído usando um par de inversores (NOT Gates) e portas AND de 3 entradas. Basta substituir o símbolo (') por inversores e o símbolo (.) Por porta AND e você obterá o seguinte diagrama lógico.

3: 8 Decodificadores:

Existem também alguns decodificadores de ordem superior, como o decodificador 3: 8 e o decodificador 4:16, que é mais comumente usado. Esses decodificadores são freqüentemente usados ​​em pacotes IC para a complexidade do circuito. Também é muito comum combinar decodificadores de ordem inferior, como os decodificadores 2: 4, para formar um decodificador de ordem superior. Por exemplo, sabemos que um decodificador 2: 4 tem 2 entradas (I0 e I1) e 4 saídas (O0 a O3) e um decodificador 3: 8 tem três entradas (I0 a I2) e oito saídas (O0 a O7). Podemos usar as seguintes fórmulas para calcular o número de decodificadores de ordem inferior (2: 4) necessários para formar um decodificador de ordem superior como o Decodificador 3: 8.

Número necessário do decodificador de ordem inferior = m2 / m1 Onde, m2 -> número de saídas para o decodificador de ordem inferior m1 -> número de saídas para o decodificador de ordem superior

No nosso caso, o valor de m1 será 4 e o valor de m2 será 8, então aplicando esses valores nas fórmulas acima, obtemos

Número necessário de decodificador 2: 4 para decodificador 3: 8 = 8/4 = 2

Agora sabemos que precisaremos de dois decodificadores 2: 4 para formar um decodificador 3: 8, mas como esses dois devem ser conectados para se reunir. O diagrama de blocos abaixo mostra apenas isso

Como você pode ver, as entradas A0 e A1 estão conectadas como entradas paralelas para ambos os decodificadores e, em seguida, o pino de habilitação do primeiro decodificador é feito para agir como A2 (terceira entrada). O sinal Invertido de A2 é dado ao pino de habilitação do segundo decodificador para obter as saídas Y0 a Y3. Aqui, as saídas Y0 a Y3 são referidas como quatro mintermos inferiores e as saídas Y4 a Y7 são referidas como quatro mintermos superiores. Os mintermos de ordem inferior são obtidos do segundo decodificador e os mintermos de ordem superior são obtidos do primeiro decodificador. Embora uma desvantagem perceptível neste tipo de design combinacional é que, o decodificador não terá um pino de ativação, o que o torna suscetível aos problemas que discutimos anteriormente.

4:16 Decodificador:

Semelhante a um decodificador 3: 8, um decodificador 4:16 também pode ser construído combinando dois decodificadores 3: 8. Para um decodificador 4: 16, teremos quatro entradas (A0 a A3) e dezesseis saídas (Y0 a Y15). Considerando que, para um decodificador 3: 8, teremos apenas três entradas (A0 a A2).

Já usamos as fórmulas para calcular o número de decodificadores necessários, neste caso o valor de m1 será 8, pois o decodificador 3: 8 tem 8 saídas e o valor de m2 será 16, pois o decodificador 4:16 tem 16 saídas, aplicando esses valores nas fórmulas acima, obtemos

Número necessário de Decodificador 3: 8 para Decodificador 4:16 = 16/8 = 2

Portanto, precisamos de dois decodificadores 3: 8 para construir um decodificador 4:16, o arranjo desses dois decodificadores 3: 8 também será semelhante ao que fizemos anteriormente. O diagrama de blocos para conectar esses dois decodificadores 3: 8 é mostrado abaixo.

Aqui, as saídas de Y0 a Y7 são consideradas como oito mintermos inferiores e a saída de Y8 a Y16 é considerada como oito mintermos superiores. Os mintermos inferiores direitos são criados diretamente usando as entradas A0, A1 e A2. Os mesmos sinais também são dados às três entradas do primeiro decodificador, mas o pino de habilitação do primeiro decodificador é usado como o quarto pino de entrada (A3). O sinal invertido da quarta entrada A3 é dado ao pino de habilitação do segundo decodificador. O primeiro decodificador emite o valor mais alto de oito mintermos.

Formulários:

Um decodificador é geralmente usado em combinação com um codificador e, portanto, ambos compartilham os mesmos aplicativos. Sem os decodificadores e codificadores, a eletrônica moderna, como telefones celulares e laptops, não teria sido possível. Algumas aplicações importantes de decodificadores são listadas abaixo.

• Aplicativo de Sinal de Sequenciamento
• Aplicações de sinais de tempo
• Linhas de rede
• Elementos de memória
• Redes Telefônicas