Binárne dekodéry

Dekodér je typ kombinačného obvodu, ktorý dekóduje malú bitovú hodnotu na veľkú bitovú hodnotu. Bežne sa používa v kombinácii s kódovacími zariadeniami, ktoré robia pravý opak toho, čo robí dekodér, takže predtým, ako začnete s dekodérmi, prečítajte si tu o kódovacích zariadeniach. Rovnako ako kodéry, aj tu existuje veľa druhov dekodérov, ale počet výstupných riadkov v dekodéri bude vždy vyšší ako počet vstupných riadkov. V tomto tutoriále sa dozvieme, ako funguje dekodér a ako ho môžeme vytvoriť pre náš projekt.

Základný princíp dekodéra:

Ako už bolo povedané, dekodér je iba protipólom kodéra. Trvá určitý počet binárnych hodnôt ako vstupy a dekóduje ich potom do viacerých riadkov pomocou logiky. Vzorka dekodér je uvedený nižšie, ktoré sa v 2 riadky ako vstup a prevádza ich do 4 riadkov.

Ďalším pravidlom pre dekodéry je, že ak sa počet vstupov považuje za n (tu n = 2), potom bude počet výstupov vždy rovný 2 ⁿ (2 ² = 4), čo je v našom prípade štyri. Dekodér má 2 vstupné a 4 výstupné riadky; preto sa tento typ dekodéra nazýva dekodéry 2: 4. Dva vstupné piny sú pomenované ako I1 a I0 a štyri výstupné piny sú pomenované od O0 do O3, ako je uvedené vyššie.

Je tiež dôležité vedieť, že bežný dekodér, ako je tu uvedený, má nevýhodu v tom, že nedokáže rozlíšiť medzi podmienkou, že obidva vstupy sú nulové (nie sú pripojené k iným obvodom) a oba vstupy sú nízke (logika 0). Túto nevýhodu je možné vyriešiť pomocou prioritného dekodéra, o ktorom sa dozvieme ďalej v tomto článku. Tabuľka pravdy obyčajného dekodéra je uvedená nižšie

Z tabuľky pravdy dekodéra môžeme napísať booleovský výraz pre každý výstupný riadok, stačí sledovať, kde sa výstup zvýši a na základe hodnôt I1 a I0 vytvoriť logiku AND. Je to veľmi podobné metóde Encoder, ale tu namiesto logiky OR používame logiku AND. Booleovský výraz pre všetky štyri riadky je uvedený nižšie, kde symbol (.) Predstavuje logiku AND a symbol (') predstavuje NOT Logic

O ₀ = I ₁ '. I ₀ ' O ₁ = I ₁ '. I ₀ O ₂ = I _1. I ₀ ' O ₃ = I _1. I ₀

Teraz, keď máme všetky štyri výrazy, môžeme tieto výrazy previesť na kombinačný obvod logickej brány pomocou brán AND a NOT. Jednoducho použite brány AND namiesto (.) A bránu NOT (obrátenú logiku) namiesto (') a získate nasledujúci logický diagram.

Vytvorme schému zapojenia dekodéra 2: 4 na doske a skontrolujte, ako to funguje v skutočnom živote. Aby to fungovalo ako hardvér, musíte použiť IC logickej brány ako 7404 pre bránu NOT a 7408 pre bránu AND. Dva vstupy I0 a I1 sú poskytované pomocou tlačidla a výstup je sledovaný pomocou LED svetiel. Akonáhle vytvoríte spojenie na prkénku, na obrázku nižšie by to vyzeralo asi takto

Doska je napájaná z externého zdroja + 5 V, ktorý zase napája Gate IC cez kolíky Vcc (pin 14) a zem (pin 7). Vstup je daný pomocou tlačidiel, keď je stlačený, je to logika 1 a keď nie je stlačený, dáva logiku 0, pozdĺž vstupných liniek je tiež pridaný sťahovací odpor s hodnotou 1k, aby sa zabránilo plávaniu kolíkov. Výstupné vedenia (O0 až O3) sú vedené cez tieto červené svetlá LED, ak svietia, je to logika 1, inak je to logika 0. Kompletné fungovanie tohto obvodu dekodéra je zobrazené na videu nižšie

Upozorňujeme, že tabuľka pravdy pre každý vstup je zobrazená v ľavom hornom rohu a kontrolka LED tiež svieti rovnakým spôsobom. Podobne môžeme vytvoriť kombinačný logický diagram pre všetky typy dekodérov a vytvoriť ich na hardvéri, ako je tento. Môžete sa tiež pozrieť na ľahko dostupné integrované dekodéry, ak váš projekt vyhovuje.

Nevýhody štandardných dekodérov:

Rovnako ako kodér, aj štandardný dekodér trpí rovnakým problémom, ak nie sú pripojené obidva vstupy (logika X), výstup nezostane nulový. Namiesto toho ho dekodér bude považovať za logiku 0 a bit O0 bude urobený vysoko.

Prioritný dekodér:

Na prekonanie tohto problému teda používame prioritný dekodér. Tento typ dekodéra má ďalší vstupný pin označený ako „E“ (povoliť), ktorý bude spojený s platným pinom prioritného dekodéra. Blokové schéma pre prioritu Dekodér je uvedený nižšie.

Tabuľka pravdy pre prioritný kódovač je tiež uvedená nižšie, tu X predstavuje žiadne spojenie a „1“ predstavuje logickú výšku a „0“ predstavuje logickú nízku hodnotu. Všimnite si, že bit aktivácie je 0, keď na vstupných riadkoch nie je žiadne spojenie, a preto výstupné riadky tiež zostanú nulové. Týmto spôsobom budeme schopní prekonať vyššie spomenutú nevýhodu.

Ako vždy z tabuľky pravdy môžeme riadiť boolovský výraz pre výstupné riadky O0 až O3. Boolovský výraz pre vyššie uvedenú tabuľku pravdy je uvedený nižšie. Ak sa pozriete bližšie, môžete si všimnúť, že výraz je rovnaký ako výraz bežného dekodéra 2: 4, ale s výrazom bol v operácii AND vykonaný bit Enable (E).

O ₀ = EI ₁ '. I ₀ ' O ₁ = EI ₁ '. I ₀ O ₂ = EI _1. I ₀ ' O ₃ = EI _1. I ₀

Kombinačný logický diagram pre vyššie uvedený booleovský výraz je možné vytvoriť pomocou niekoľkých invertorov (NOT Gates) a 3-vstupných brán AND. Stačí nahradiť symbol (') meničmi a symbol (.) Bránou AND a získate nasledujúci logický diagram.

Dekodéry 3: 8:

Existujú aj niektoré dekodéry vyššieho rádu, ako je dekodér 3: 8 a 4:16 dekodér, ktoré sa používajú oveľa častejšie. Tieto dekodéry sa často používajú v balíkoch IC na zložitosť obvodu. Je tiež veľmi bežné kombinovať dekodéry nižšieho rádu, ako sú dekodéry 2: 4, aby sa vytvoril dekodér vyššieho rádu. Napríklad vieme, že dekodér 2: 4 má 2 vstupy (I0 a I1) a 4 výstupy (O0 až O3) a dekodér 3: 8 má tri vstupy (I0 až I2) a osem výstupov (O0 až O7). Pomocou nasledujúcich vzorcov môžeme vypočítať počet dekodérov nižšieho rádu (2: 4) potrebných na vytvorenie dekodéra vyššieho rádu, napríklad 3: 8 dekodér.

Požadovaný počet dekodérov dolného rádu = m2 / m1 Kde, m2 -> počet výstupov pre dekodér nižšieho rádu m1 -> počet výstupov pre dekodér vyššieho rádu

V našom prípade bude hodnota m1 4 a hodnota m2 8, takže uplatnením týchto hodnôt vo vyššie uvedených vzorcoch dostaneme

Požadovaný počet dekodérov 2: 4 pre dekodér 3: 8 = 8/4 = 2

Teraz vieme, že na vytvorenie dekodéra 3: 8 budeme potrebovať dva dekodéry 2: 4, ale ako by sa mali tieto dva spojiť, aby sa zhromaždili. Nižšie uvedená bloková schéma to ukazuje

Ako vidíte, vstupy A0 a A1 sú pripojené ako paralelné vstupy pre oba dekodéry a potom je pin Enable prvého dekodéra nastavený tak, aby fungoval ako A2 (tretí vstup). Invertovaný signál A2 sa odovzdáva kolíku Enable druhého dekodéra, aby sa získali výstupy Y0 až Y3. Tu sa výstupy Y0 až Y3 označujú ako dolné štyri mintermy a výstupy Y4 až Y7 sa označujú ako vyššie štyri mintermy. Mintermy nižšieho rádu sa získavajú z druhého dekodéra a mintermy vyššieho rádu sa získavajú z prvého dekodéra. Aj keď jednou znateľnou nevýhodou tohto typu kombinovaného dizajnu je, dekodér nebude mať kolík Enable, čo ho robí náchylným na problémy, o ktorých sme hovorili už skôr.

4:16 Dekodér:

Podobne ako dekodér 3: 8, dekodér 4:16 je možné zostaviť aj kombináciou dvoch dekodérov 3: 8. Pre dekodér 4:16 budeme mať štyri vstupy (A0 až A3) a šestnásť výstupov (Y0 až Y15). Zatiaľ čo pre dekodér 3: 8 budeme mať iba tri vstupy (A0 až A2).

Už sme použili vzorce na výpočet požadovaného počtu dekodérov. V tomto prípade bude hodnota m1 8, pretože dekodér 3: 8 má 8 výstupov a hodnota m2 bude 16, pretože dekodér 4:16 má 16 výstupov, takže použitie týchto hodnôt vo vyššie uvedených vzorcoch dostaneme

Požadovaný počet dekodérov 3: 8 pre dekodér 4:16 = 16/8 = 2

Preto potrebujeme na zostrojenie dekodéra 4:16 dva dekodéry 3: 8, usporiadanie týchto dvoch dekodérov 3: 8 bude tiež podobné tomu, ktoré sme urobili predtým. Bloková schéma spojenia týchto dvoch dekodérov 3: 8 je uvedená nižšie.

Tu sa výstupy Y0 až Y7 považujú za menej ako osem minút a výstup od Y8 do Y16 sa považuje za vyšších osem minút. Pravé dolné minúty sú priamo vytvorené pomocou vstupov A0, A1 a A2. Rovnaké signály sa poskytujú aj trom vstupom prvého dekodéra, ale pin Enable prvého dekodéra sa použije ako štvrtý vstup Pin (A3). Invertovaný signál štvrtého vstupu A3 sa odovzdá aktivačnému kolíku druhého dekodéra. Prvý dekodér vydáva vyššiu hodnotu ôsmich minút.

Aplikácie:

Dekodér sa zvyčajne používa v kombinácii s kodérom, a preto zdieľajú rovnaké aplikácie. Bez dekodérov a kodérov by moderná elektronika, ako sú mobilné telefóny a notebooky, nebola možná. Ďalej je uvedených niekoľko dôležitých aplikácií dekodérov.

• Aplikácia sekvenčného signálu
• Aplikácie časovacieho signálu
• Sieťové vedenia
• Pamäťové prvky
• Telefónne siete