Decodificadores binarios

El decodificador es un tipo de circuito combinacional que decodifica un valor de bit pequeño en un valor de bit grande. Normalmente se usa en combinación con codificadores que hacen exactamente lo contrario de lo que hace un decodificador, así que lea aquí sobre los codificadores antes de continuar con los decodificadores. Una vez más, al igual que los codificadores, también hay muchos tipos de decodificadores, pero el número de líneas de salida en un decodificador siempre será mayor que el número de líneas de entrada. Aprenderemos cómo funciona un decodificador y cómo podemos construir uno para nuestro proyecto en este tutorial.

Principio básico del decodificador:

Como se dijo anteriormente, el decodificador es solo una contraparte de un codificador. Toma un número particular de valores binarios como entradas y luego los decodifica en más líneas usando lógica. A continuación se muestra un decodificador de muestra que toma 2 líneas como entrada y las convierte en 4 líneas.

Otra regla general con los decodificadores es que, si el número de entradas se considera n (aquí n = 2), el número de salidas siempre será igual a 2 ⁿ (2 ² = 4) que es cuatro en nuestro caso. El decodificador tiene 2 líneas de entrada y 4 líneas de salida; por lo tanto, este tipo de decodificador se denomina decodificadores 2: 4. Los dos pines de entrada se denominan I1 e I0 y los cuatro pines de salida se denominan de O0 a O3 como se muestra arriba.

También es importante saber que un decodificador ordinario como el que se muestra aquí tiene el inconveniente de no poder distinguir entre la condición de que ambas entradas sean cero (no conectadas a otros circuitos) y ambas entradas sean bajas (0 lógico). Este inconveniente se puede resolver utilizando un decodificador de prioridad que aprenderemos más adelante en este artículo. La tabla de verdad de un decodificador ordinario se muestra a continuación.

Desde la tabla de verdad del decodificador podemos escribir la expresión booleana para cada línea de salida, simplemente siga donde la salida es alta y forme una lógica AND basada en los valores de I1 e I0. Es muy similar al método Encoder, pero aquí usamos la lógica AND en lugar de la lógica OR. La expresión booleana para las cuatro líneas se muestra a continuación, donde el símbolo (.) Representa la lógica Y y el símbolo (') representa la lógica NO

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

Ahora que tenemos las cuatro expresiones, podemos convertir estas expresiones en un circuito de puerta lógica combinacional usando las puertas Y y las puertas NO. Simplemente use las puertas Y en lugar de (.) Y una puerta NO (lógica invertida) en lugar de un (') y obtendrá el siguiente diagrama lógico.

Construyamos el diagrama del circuito del decodificador 2: 4 en la placa de pruebas y verifiquemos cómo funciona en la vida real. Para hacer que funcione como un hardware que tiene que utilizar la puerta lógica IC como 7404 para la puerta NOT y el 7408 de la puerta AND. Las dos entradas I0 e I1 se proporcionan a través de un botón pulsador y la salida se observa a través de luces LED. Una vez que realice la conexión en la placa de pruebas, se vería así en la imagen de abajo

La placa está alimentada por una fuente externa de + 5V, que a su vez alimenta la puerta IC a través de los pines Vcc (pin 14) y tierra (pin 7). La entrada se da por pulsadores, cuando se presiona es 1 lógico y cuando no se presiona da 0 lógico, también se agrega una resistencia pull down de valor 1k a lo largo de las líneas de entrada para evitar que los pines floten. Las líneas de salida (O0 a O3) se dan a través de estas luces LED rojas, si brillan es lógico 1, de lo contrario es lógico 0. El funcionamiento completo de este circuito decodificador se muestra en el siguiente video

Tenga en cuenta que la tabla de verdad para cada entrada se muestra en la esquina superior izquierda y el LED también se ilumina de la misma manera ordenada. Del mismo modo, también podemos crear un diagrama de lógica combinacional para todo tipo de decodificadores y construirlos en hardware como este. También puede buscar en los IC decodificadores disponibles si su proyecto se adapta a uno.

Inconvenientes de los decodificadores estándar:

Al igual que un codificador, el decodificador estándar también sufre el mismo problema, si ambas entradas no están conectadas (lógica X) la salida no permanecerá como cero. En cambio, el decodificador lo considerará como 0 lógico y el bit O0 se hará alto.

Decodificador de prioridad:

Entonces usamos el decodificador de prioridad para superar ese problema, este tipo de decodificador tiene un pin de entrada adicional etiquetado como “E” (Habilitar) que se conectará con el pin válido del decodificador de prioridad. El diagrama de bloques de un decodificador prioritario se muestra a continuación.

La tabla de verdad para un codificador de prioridad también se muestra a continuación, aquí X representa que no hay conexión y '1' representa lógica alta y '0' representa lógica baja. Observe que el bit de habilitación es 0 cuando no hay conexión en las líneas de entrada y, por lo tanto, las líneas de salida también permanecerán en cero. De esta forma podremos superar el inconveniente mencionado anteriormente.

Como siempre, a partir de la tabla de verdad, podemos conducir la expresión booleana para las líneas de salida O0 a O3. La expresión booleana de la tabla de verdad anterior se muestra a continuación. Si observa más de cerca, puede notar que la expresión es la misma que la de un decodificador 2: 4 normal, pero el bit de habilitación (E) se ha convertido en AND con la expresión.

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

El diagrama de lógica combinacional para la expresión booleana anterior se puede construir usando un par de inversores (NO puertas) y puertas Y de 3 entradas. Simplemente reemplace el símbolo (') con inversores y el símbolo (.) Con la puerta AND y obtendrá el siguiente diagrama lógico.

Decodificadores 3: 8:

También hay algunos decodificadores de orden superior como el decodificador 3: 8 y el decodificador 4:16 que se utilizan con más frecuencia. Estos decodificadores se utilizan a menudo en paquetes de circuitos integrados para la complejidad del circuito. También es muy común combinar decodificadores de orden inferior como los decodificadores 2: 4 para formar un decodificador de orden superior. Por ejemplo, sabemos que un decodificador 2: 4 tiene 2 entradas (I0 e I1) y 4 salidas (O0 a O3) y un decodificador 3: 8 tiene tres entradas (I0 a I2) y ocho salidas (O0 a O7). Podemos utilizar las siguientes fórmulas para calcular el número de decodificadores de orden inferior (2: 4) necesarios para formar un decodificador de orden superior como el decodificador 3: 8.

Número requerido de decodificador de orden inferior = m2 / m1 Donde, m2 -> número de salidas para decodificador de orden inferior m1 -> número de salidas para decodificador de orden superior

En nuestro caso, el valor de m1 será 4 y el valor de m2 será 8, por lo que aplicando estos valores en las fórmulas anteriores obtenemos

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

Ahora sabemos que necesitaremos dos decodificadores 2: 4 para formar un decodificador 3: 8, pero ¿cómo deben conectarse estos dos para reunirse? El siguiente diagrama de bloques muestra solo eso

Como puede ver, las entradas A0 y A1 están conectadas como entradas paralelas para ambos decodificadores y luego se hace que el pin de habilitación del primer decodificador actúe como A2 (tercera entrada). La señal invertida de A2 se envía al pin de habilitación del segundo decodificador para obtener las salidas Y0 a Y3. Aquí las salidas Y0 a Y3 se denominan cuatro minitérminos inferiores y las salidas Y4 a Y7 se denominan cuatro minitérminos superiores. Los minitérminos de orden inferior se obtienen del segundo decodificador y los minitérminos de orden superior se obtienen del primer decodificador. Aunque un inconveniente notable en este tipo de diseño combinatorio es que el decodificador no tendrá un pin de habilitación, lo que lo hace susceptible a los problemas que hemos discutido anteriormente.

4:16 Decodificador:

Similar a un decodificador 3: 8, un decodificador 4:16 también se puede construir combinando dos decodificadores 3: 8. Para un decodificador 4:16 tendremos cuatro entradas (A0 a A3) y dieciséis salidas (Y0 a Y15). Mientras que, para un decodificador 3: 8, solo tendremos tres entradas (A0 a A2).

Ya hemos usado las fórmulas para calcular el número de Decodificador requerido, en este caso el valor de m1 será 8 ya que el decodificador 3: 8 tiene 8 salidas y el valor de m2 será 16 ya que el decodificador 4:16 tiene 16 salidas, así que aplicando estos valores en las fórmulas anteriores obtenemos

Número requerido de decodificador 3: 8 para decodificador 4:16 = 16/8 = 2

Por lo tanto, necesitamos dos decodificadores 3: 8 para construir un decodificador 4:16, la disposición de estos dos decodificadores 3: 8 también será similar a la que hicimos anteriormente. El diagrama de bloques para conectar estos dos decodificadores 3: 8 juntos se muestra a continuación.

Aquí las salidas Y0 a Y7 se consideran ocho minitérminos inferiores y la salida de Y8 a Y16 se considera ocho minitérminos superiores. Los minitérminos de la parte inferior derecha se crean directamente utilizando las entradas A0, A1 y A2. También se dan las mismas señales a las tres entradas del primer decodificador, pero el pin de habilitación del primer decodificador se utiliza como el cuarto pin de entrada (A3). La señal invertida de la cuarta entrada A3 se envía al pin de habilitación del segundo decodificador. El primer decodificador genera el valor más alto de ocho minitérminos.

Aplicaciones:

Un decodificador se usa generalmente en combinación con un codificador y, por lo tanto, ambos comparten las mismas aplicaciones. Sin decodificadores y codificadores, la electrónica moderna como los teléfonos móviles y las computadoras portátiles no habría sido posible. A continuación se enumeran algunas aplicaciones importantes de los decodificadores.

• Aplicación de la señal de secuenciación
• Aplicaciones de señales de tiempo
• Líneas de red
• Elementos de memoria
• Redes telefónicas