Binární dekodéry

Dekodér je typ kombinačního obvodu, který dekóduje malou bitovou hodnotu na velkou bitovou hodnotu. Obvykle se používá v kombinaci s kodéry, které dělají pravý opak toho, co dělá dekodér, takže si přečtěte zde o kodérech, než budete pokračovat v dekodérech. Stejně jako kodéry existuje také mnoho typů dekodérů, ale počet výstupních řádků v dekodéru bude vždy větší než počet vstupních řádků. Naučíme se, jak funguje dekodér a jak ho můžeme pro náš projekt vytvořit v tomto kurzu.

Základní princip dekodéru:

Jak již bylo řečeno, dekodér je pouze protikladem kodéru. Trvá určitý počet binárních hodnot jako vstupů a dekóduje se potom do více řádků pomocí logiky. Níže je zobrazen ukázkový dekodér, který přijímá jako vstup 2 řádky a převádí je na 4 řádky.

Dalším pravidlem pro dekodéry je, že pokud je počet vstupů považován za n (zde n = 2), pak bude počet výstupů vždy roven 2 ⁿ (2 ² = 4), což je v našem případě čtyři. Dekodér má 2 vstupní a 4 výstupní linky; proto se tento typ dekodéru nazývá dekodéry 2: 4. Dva vstupní piny jsou pojmenovány jako I1 a I0 a čtyři výstupní piny jsou pojmenovány od O0 do O3, jak je uvedeno výše.

Je také důležité vědět, že běžný dekodér, jako je ten, který je zde zobrazen, má nevýhodu v tom, že nedokáže rozlišit mezi podmínkou, že oba vstupy jsou nulové (nejsou připojeny k jiným obvodům) a oba vstupy jsou nízké (logika 0). Tuto nevýhodu lze vyřešit pomocí prioritního dekodéru, o kterém se dozvíme dále v tomto článku. Tabulka pravdivosti běžného dekodéru je uvedena níže

Z tabulky pravdy dekodéru můžeme psát booleovský výraz pro každý výstupní řádek, stačí sledovat, kde se výstup zvýší, a vytvořit logiku AND na základě hodnot I1 a I0. Je to velmi podobné metodě Encoder, ale místo logiky OR používáme logiku AND. Booleovský výraz pro všechny čtyři řádky je uveden níže, kde symbol (.) Představuje AND logiku a symbol (') představuje 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

Nyní, když máme všechny čtyři výrazy, můžeme tyto výrazy převést na kombinační obvod logické brány pomocí bran AND a bran NOT. Jednoduše použijte brány AND namísto (.) A bránu NOT (obrácenou logiku) namísto (') a získáte následující logický diagram.

Vytvořme schéma zapojení dekodéru 2: 4 na prkénku a zkontrolujte, jak to funguje v reálném životě. Aby to fungovalo jako hardware, musíte použít IC logické brány jako 7404 pro bránu NOT a 7408 pro bránu AND. Dva vstupy I0 a I1 jsou poskytovány pomocí tlačítka a výstup je sledován pomocí LED světel. Jakmile vytvoříte připojení na prkénku, na následujícím obrázku by to vypadalo nějak takto

Deska je napájena z externího zdroje + 5 V, který střídavě napájí Gate IC prostřednictvím pinů Vcc (pin 14) a země (pin 7). Vstup je dán tlačítky, když je stisknuto, je to logika 1 a když není stisknuto, dává logiku 0, podél vstupních linek je také přidán stahovací rezistor s hodnotou 1k, aby se zabránilo plovoucím podmínkám. Výstupní linky (O0 až O3) jsou dány těmito červenými LED diodami, pokud svítí, je to logika 1, jinak je to logika 0. Kompletní fungování tohoto dekodérového obvodu je uvedeno na videu níže

Všimněte si, že pravdivostní tabulka pro každý vstup je zobrazena v levém horním rohu a LED také svítí stejným uspořádaným způsobem. Podobně můžeme také vytvořit kombinační logický diagram pro všechny typy dekodérů a postavit je na takovém hardwaru. Můžete se také podívat na snadno dostupné integrované dekodéry, pokud váš projekt jednomu vyhovuje.

Nevýhody standardních dekodérů:

Stejně jako kodér i standardní dekodér trpí stejným problémem, pokud nejsou připojeny oba vstupy (logika X), výstup nezůstane nulový. Dekodér to místo toho bude považovat za logiku 0 a bit O0 bude nastaven vysoko.

Prioritní dekodér:

K překonání tohoto problému tedy používáme Prioritní dekodér. Tento typ dekodéru má další vstupní kolík označený jako „E“ (Povolit), který bude spojen s platným kolíkem prioritního dekodéru. Blokové schéma pro prioritu Dekodér je uveden níže.

Tabulka pravdy pro prioritní kodér je také uvedena níže, zde X představuje žádné připojení a '1' představuje logickou výšku a '0' představuje logickou nízkou. Všimněte si, že aktivační bit je 0, když na vstupních řádcích není žádné připojení, a proto výstupní řádky také zůstanou nulové. Tímto způsobem budeme schopni překonat výše zmíněnou nevýhodu.

Jako vždy z tabulky pravdivosti můžeme řídit logický výraz pro výstupní řádky O0 až O3. Booleovský výraz pro výše uvedenou tabulku pravdivosti je uveden níže. Pokud se podíváte blíže, můžete si všimnout, že výraz je stejný jako výraz normálního dekodéru 2: 4, ale bit Enable (E) byl proveden do výrazu AND.

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

Kombinační logický diagram pro výše uvedený logický výraz lze sestavit pomocí několika invertorů (NOT Gates) a bran se 3 vstupy AND. Stačí nahradit symbol (') střídači a symbol (.) Bránou AND a získáte následující logický diagram.

Dekodéry 3: 8:

Existují také některé dekodéry vyššího řádu, jako je dekodér 3: 8 a dekodér 4:16, který se běžněji používá. Tyto dekodéry se často používají v IC balíčcích ke složitosti obvodu. Je také velmi běžné kombinovat dekodéry nižšího řádu, jako jsou dekodéry 2: 4, a vytvořit tak dekodér vyššího řádu. Například víme, že dekodér 2: 4 má 2 vstupy (I0 a I1) a 4 výstupy (O0 až O3) a dekodér 3: 8 má tři vstupy (I0 až I2) a osm výstupů (O0 až O7). Následující vzorce můžeme použít k výpočtu počtu dekodérů nižšího řádu (2: 4) potřebných k vytvoření dekodéru vyššího řádu, jako je dekodér 3: 8.

Požadovaný počet dekodérů nižšího řádu = m2 / m1 Kde, m2 -> počet výstupů pro dekodér nižšího řádu m1 -> počet výstupů pro dekodér vyššího řádu

V našem případě bude hodnota m1 4 a hodnota m2 bude 8, takže při použití těchto hodnot ve výše uvedených vzorcích dostaneme

Požadovaný počet dekodérů 2: 4 pro dekodér 3: 8 = 8/4 = 2

Nyní víme, že k vytvoření dekodéru 3: 8 budeme potřebovat dva dekodéry 2: 4, ale jak by měli být tito dva spojeni, aby se shromáždili. Níže uvedené blokové schéma ukazuje právě to

Jak vidíte, vstupy A0 a A1 jsou připojeny jako paralelní vstupy pro oba dekodéry a pak je aktivován pin prvního dekodéru, aby fungoval jako A2 (třetí vstup). Invertovaný signál A2 je předán kolíku Enable druhého dekodéru, aby se získaly výstupy Y0 až Y3. Zde se výstupy Y0 až Y3 označují jako dolní čtyři mintermy a výstupy Y4 až Y7 se označují jako vyšší čtyři mintermy. Mintermy nižšího řádu jsou získány z druhého dekodéru a mintermy vyššího řádu jsou získány z prvního dekodéru. Ačkoli jednou znatelnou nevýhodou tohoto typu kombinovaného designu je to, že dekodér nebude mít kolík Enable, díky kterému je náchylný k problémům, o kterých jsme hovořili dříve.

4:16 Dekodér:

Podobně jako dekodér 3: 8 lze dekodér 4:16 zkonstruovat také kombinací dvou dekodérů 3: 8. Pro dekodér 4:16 budeme mít čtyři vstupy (A0 až A3) a šestnáct výstupů (Y0 až Y15). Zatímco pro dekodér 3: 8 budeme mít pouze tři vstupy (A0 až A2).

Již jsme použili vzorce pro výpočet požadovaného počtu dekodérů, v tomto případě bude hodnota m1 8, protože dekodér 3: 8 má 8 výstupů a hodnota m2 bude 16, protože dekodér 4:16 má 16 výstupů, takže použití těchto hodnot ve výše uvedených vzorcích dostaneme

Požadovaný počet dekodérů 3: 8 pro dekodér 4:16 = 16/8 = 2

Proto pro konstrukci dekodéru 4:16 vyžadujeme dva dekodéry 3: 8, uspořádání těchto dvou dekodérů 3: 8 bude také podobné tomu, které jsme udělali dříve. Blokové schéma pro připojení těchto dvou dekodérů 3: 8 dohromady je uvedeno níže.

Zde jsou výstupy Y0 až Y7 považovány za nižší osm minut a výstup od Y8 do Y16 jsou považovány za vyšší osm minut. Pravé dolní minuty jsou přímo vytvářeny pomocí vstupů A0, A1 a A2. Stejné signály jsou také dány třem vstupům prvního dekodéru, ale jako čtvrtý vstupní kolík (A3) se použije pin Povolit prvního dekodéru. Invertovaný signál čtvrtého vstupu A3 je předán aktivačnímu kolíku druhého dekodéru. První dekodér vydává vyšší hodnotu osmi minterms.

Aplikace:

Dekodér se obvykle používá v kombinaci s kodérem, a proto oba sdílejí stejné aplikace. Bez dekodérů a kodérů by moderní elektronika, jako je mobilní telefon a notebook, nebyla možná. Níže je uvedeno několik důležitých aplikací dekodérů.

• Aplikace sekvenčního signálu
• Aplikace časovacího signálu
• Síťové linky
• Paměťové prvky
• Telefonní sítě