Bináris dekóderek

A dekóder egy olyan kombinációs áramkör, amely egy kis bit értéket nagy bit értékre dekódolja. Általában olyan kódolókkal együtt használják, amelyek pontosan az ellenkezőjét teszik, mint egy dekóder, ezért olvassa el itt a kódolókról a dekóderek folytatása előtt. A kódolókhoz hasonlóan itt is sokféle dekóder létezik, de a dekóder kimeneti sorainak száma mindig több lesz, mint a bemeneti sorok száma. Ebben az oktatóanyagban megtudhatjuk, hogyan működik egy dekóder és hogyan építhetünk egyet a projektünkhöz.

A dekóder alapelve:

Mint azt korábban elmondtuk, a dekóder csak egy kódoló számlálója. Adott számú bináris értéket vesz be bemenetként, majd a logika segítségével több sorba dekódolja. Az alábbiakban egy minta dekóder látható, amely bemenetként 2 vonalat vesz fel és 4 sorossá alakítja át.

A dekóderek másik alapszabálya, hogy ha a bemenetek számát n-nek tekintjük (itt n = 2), akkor a kimenet száma mindig megegyezik 2 ^n-vel (2 ² = 4), ami esetünkben négy. A dekóder 2 bemeneti és 4 kimeneti vonallal rendelkezik; ezért ezt a típusú dekódert 2: 4 dekódernek hívják. A két bemeneti tüskét I1 és I0, a négy kimeneti tüskét O0-tól O3-ig nevezzük a fentiek szerint.

Fontos tudni azt is, hogy az itt bemutatotthoz hasonló közönséges dekóder hátránya, hogy nem képes megkülönböztetni mindkét bemenet nulla állapotát (nincsenek más áramkörökhöz csatlakoztatva), és mindkét bemenet alacsony (logikai 0). Ezt a hátrányt meg lehet oldani egy Priority Decoder segítségével, amelyet később megtudunk ebben a cikkben. Az alábbiakban egy közönséges dekóder igazságtáblázata látható

A dekóder igazságtáblájából felírhatjuk az egyes Output sorok logikai kifejezését, csak kövessük, hova jut a kimenet, és alkossunk AND logikát az I1 és I0 értékek alapján. Nagyon hasonlít az Encoder módszerhez, de itt az OR logikát használjuk az OR logika helyett. A mind a négy sor logikai kifejezése az alábbiakban látható, ahol a (.) Szimbólum az ÉS logikát, a (') szimbólum pedig a NEM logikát jelenti.

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

Most, hogy mind a négy kifejezés megvan, ezeket a kifejezéseket kombinálható logikai kapu áramkörré alakíthatjuk az ÉS kapuk és a NEM kapuk segítségével. Egyszerűen használja az ÉS kapukat a (.) Helyett és a NOT kaput (invertált logika) a (') helyett, és megkapja a következő logikai diagramot.

Építsük fel a 2: 4 dekóder kapcsolási rajzot a kenyérlapra, és ellenőrizzük, hogyan működik a való életben. Ahhoz, hogy hardverként működjön, a logikai kapu IC-t kell használnia, mint például a 7404 a NOT kapuhoz és a 7408 az ÉS kapuhoz. A két I0 és I1 bemenet egy nyomógombon keresztül történik, és a kimenetet LED-es lámpákon keresztül figyelik meg. Miután létrehozta a kapcsolatot a kenyérlapon, valami hasonló lehet az alábbi képen

Az alaplapot egy külső + 5 V-os tápfeszültség táplálja, amely viszont a kapu IC-t táplálja a Vcc (14. érintkező) és a test (7. érintkező) csapok segítségével. A bemenetet nyomógombokkal adjuk meg, amikor megnyomjuk, akkor logika 1, és ha nem nyomjuk meg, akkor logika 0, 1k értékű lehúzási ellenállást is adunk a bemeneti vonalak mentén, hogy megakadályozzuk a csapok lebegését. A kimeneti vonalak (O0-O3) ezeken a piros LED-es lámpákon keresztül vannak megadva, ha világítanak, akkor logika 1 más logika 0. Ennek a dekóder áramkörnek a teljes működését az alábbi videó mutatja.

Vegye figyelembe, hogy az egyes bemenetekre vonatkozó igazságtábla a bal felső sarokban jelenik meg, és a LED is ugyanolyan rendezetten világít. Hasonlóképpen létrehozhatunk kombinációs logikai diagramot minden típusú dekóderhez, és felépíthetjük ezeket egy ilyen hardverre. Akkor is megnézheti a könnyen elérhető dekóder IC-ket, ha a projekt megfelelő.

A szokásos dekóderek hátrányai:

Csakúgy, mint egy kódoló, a szokásos dekóder is ugyanazt a problémát szenved, ha mindkét bemenet nincs csatlakoztatva (X logika), a kimenet nem marad nulla. Ehelyett a dekóder 0 logikának fogja tekinteni, és az O0 bitet magasra teszik.

Prioritás dekóder:

Tehát a Priority Decoder-t használjuk a probléma leküzdésére, ennek a dekóder-típusnak van egy extra bemeneti tűje, amely „E” (Enable) felirattal van ellátva, és amely összekapcsolódik a priori dekóder érvényes tűjével. Az elsőbbségű dekóder blokkvázlata az alábbiakban látható.

Az alábbiakban egy Prioritási kódoló igazságtáblája is látható, itt X nem jelent kapcsolatot, az '1' logikát jelent magasan, a '0' pedig logikát alacsony. Figyelje meg, hogy az engedélyező bit 0, ha nincs kapcsolat a bemeneti vonalakon, és ezért a kimeneti vonalak is nullák maradnak. Így képesek leszünk leküzdeni a fent említett hátrányt.

Mint mindig az igazságtáblából, az O0-O3 kimeneti sorok Boolean-kifejezését meghajthatjuk. A fenti igazságtáblázat logikai kifejezése az alábbiakban látható. Ha jobban megnézi, észreveheti, hogy a kifejezés megegyezik egy normál 2: 4 dekóderrel, de az Enable bit (E) az AND-hez készült a kifejezéssel.

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

A fenti Boolean kifejezés kombinációs logikai diagramja felépíthető néhány inverter (NOT Gates) és 3 bemeneti ÉS gate használatával. Csak cserélje le a (') szimbólumot inverterekre, a (.) Szimbólumot pedig az AND gate-re, és megkapja a következő logikai diagramot.

3: 8 dekóderek:

Van néhány magasabb rendű dekóder is, például a 3: 8 dekóder és a 4:16 dekóder, amelyet gyakrabban használnak. Ezeket a dekódereket gyakran használják az IC csomagokban az áramkör összetettsége érdekében. Nagyon gyakori az alacsonyabb rendű dekóderek, például a 2: 4 dekóderek kombinálása egy magasabb rendű dekóder kialakításához. Például tudjuk, hogy egy 2: 4 dekóder 2 bemenettel (I0 és I1) és 4 kimenettel (O0 - O3), egy 3: 8 dekóderrel rendelkezik három bemenettel (I0 - I2) és nyolc kimenettel (O0 - O7). A következő képletekkel kiszámíthatjuk az alacsonyabb rendű dekóderek számát (2: 4), amelyek szükségesek egy magasabb rendű dekóder kialakításához, például 3: 8 dekóderhez.

Alacsonyabb rendű dekóder szükséges száma = m2 / m1 Hol, m2 -> kimenetek száma alacsonyabb rendű dekóderhez m1 -> kimenetek száma magasabb rendű dekóderhez

Esetünkben az m1 értéke 4, az m2 értéke pedig 8 lesz, tehát ezeket az értékeket a fenti képletekben alkalmazva kapjuk

Szükséges 2: 4 dekóder 3: 8 dekóderhez = 8/4 = 2

Most már tudjuk, hogy szükségünk lesz két 2: 4 dekóderre a 3: 8 dekóder kialakításához, de hogyan kell összekapcsolni ezeket a kettőt az összegyűjtéshez. Az alábbi blokkdiagram éppen ezt mutatja

Amint láthatja, az A0 és A1 bemenetek párhuzamos bemenetként vannak csatlakoztatva mind a dekóderekhez, majd az első dekóder Enable tűje A2-ként működik (harmadik bemenet). Az A2 inverz jelét a második dekóder Enable tűjéhez kapjuk, hogy az Y0 - Y3 kimenetet kapjuk. Itt az Y0 - Y3 kimeneteket alsó négy mintermermént, az Y4 - Y7 kimeneteket pedig négy magasabb mintermermént nevezzük. Az alacsonyabb rendű mintermermeket a második dekóderből, a magasabb rendű mintermermeket pedig az első dekóderből nyerjük. Bár az ilyen típusú kombinációs tervezés egyik észrevehető hátránya, hogy a dekóder nem rendelkezik Enable tűvel, amely érzékenyebbé teszi a korábban tárgyalt problémákra.

4:16 Dekóder:

A 3: 8 dekóderhez hasonlóan a 4:16 dekóder is elkészíthető két 3: 8 dekóder kombinálásával. 4: 16 dekóderhez négy bemenetünk lesz (A0-A3) és tizenhat kimenet (Y0-Y15). Míg egy 3: 8 dekóderhez csak három bemenetünk lesz (A0-tól A2-ig).

A képletekkel már kiszámítottuk a szükséges dekóder számát, ebben az esetben az m1 értéke 8 lesz, mivel a 3: 8 dekóder 8 kimenettel rendelkezik, az m2 értéke pedig 16 lesz, mivel a 4:16 dekóder 16 kimenettel rendelkezik, tehát ezeket az értékeket alkalmazva a fenti képletekben megkapjuk

Szükséges 3: 8 dekóder 4:16 dekóderhez = 16/8 = 2

Ezért két 3: 8 dekóderre van szükségünk egy 4:16 dekóder elkészítéséhez, ennek a két 3: 8 dekódernek az elrendezése is hasonló lesz az előzőhöz. A két 3: 8 dekóder összekapcsolásának blokkvázlata az alábbiakban látható.

Itt az Y0 - Y7 kimeneteket alacsonyabb nyolc minterm-nek, az Y8-tól Y16-ig terjedő kimenetet magasabb nyolc minterm-nek tekintjük. A jobb alsó mintermermeket közvetlenül az A0, A1 és A2 bemenetek segítségével hozzák létre. Ugyanezeket a jeleket kapjuk az első dekóder három bemenetére is, de az első dekóder Enable tűjét használjuk negyedik bemeneti tűként (A3). A negyedik A3 bemenet fordított jele a második dekóder engedélyező tűjéhez kerül. Az első dekóder a magasabb nyolc minterms értéket adja ki.

Alkalmazások:

A dekódert általában egy kódolóval kombinálva használják, ezért mindkettő ugyanazokat az alkalmazásokat használja. Dekóderek és kódolók nélkül nem lett volna lehetséges a modern elektronika, például a mobiltelefon és a laptop. Az alábbiakban néhány fontos dekóder alkalmazást sorolunk fel.

• Szekvenciajel alkalmazás
• Jelalkalmazások időzítése
• Hálózati vonalak
• Memória elemek
• Telefonhálózatok