Decodificadores e Codificadores
Módulo 2.1
Eletrônica Digital - Lógica Combinatória
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Decodificadores e Codificadores
Módulo 2.1
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Decodificadores
- Como são construídos os decodificadores
- Decodificador 74HC11 na prática
- Displays
Decodificadores
Um decodificador (Decoder em inglês), é um circuito lógico, que permite decodificar as informações binárias da entrada, em um sistema digital na saída.
Vamos entender melhor esse conceito através da figura 1.
Nesta figura, temos a representação de um Decodificador 2 para 4, isto é: 2 entradas binárias (A0 e A1), para 4 saídas (D0, D1, D2, D3).
Esta relação (2 para 4) se dá porque em lógica binária, 2 valores (no nosso caso A0 e A1) só podem representar um máximo de 4 possibilidades (D0, D1, D2, D3).
Se tivéssemos 3 entradas a fórmula seria 2^3=8 saídas (o sinal ^ significa elevado), onde o “3” representa o número de entradas. Se fosse 4 entradas, então, 2^4=16 saídas (o 4 é o número de entradas). Assim temos decodificadores:
- 2 para 4 (2 entradas, para até 4 saídas)
- 3 para 8 (3 entradas, para até 8 saídas)
- 4 para 16 (4 entradas, para até 16 saídas) (*)
(*) É o número máximo de saídas possíveis de serem usadas (16 neste caso), além disso, há circuitos integrados, que têm 4 entradas com somente 8 saídas (como o exemplo abaixo), pois foi projetado com finalidade específica, não necessitando de ter todas as saídas.
Como são construídos os decodificadores?
Os decodificadores geralmente são construídos internamente usando portas NAND ou AND e Inversores (NOT).
A saída de uma porta AND é nível “alto” apenas quando todas as entradas são nível “alto”. Portanto, a porta AND é o elemento básico de decodificação em um circuito decodificador.
A figura 2 mostra o circuito interno (Diagrama Lógico) de um decodificador “2 para 4”, assim como a Tabela Verdade.
O esquema de portas (diagrama lógico), mostrado na figura 2, é um circuito típico, para esse tipo de decodificadores.
Circuito Integrado (CI) 74LS155
A figura 3 mostra um Circuito Integrado decodificador, de uso comercial.
O CI 74LS155 mostrado, possui 2 decodificadores (Dual Decoder), presentes no mesmo CI.
Possui 2 entradas (A e B) e 2 saídas (1 e 2)
Há também 2 entradas de dados (Data C1 e Data C2), além do Strobe (G1 e G2).
Olhando superficialmente, parece que temos dois circuitos internos iguais, porém não são.
A entrada no pino 1 (Data C1) é invertido em relação à entrada (Data C2) pino 15.
Isso permite que se use os dois decodificadores de forma diferentes e independentes.
O uso do Decodificador CI 74HC4511 (4X8) na prática
Uma utilização prática e comum, é o uso de um decodificador com um Display de 7 segmentos (figura 5).
São muito comuns e usados em qualquer aparelho eletrônico, que têm necessidade de um Display, como relógios, instrumentos, etc.
Veremos como fazer isso em um exemplo prático. Mas antes veremos o que é um Display de 7 segmentos.
O que são Displays? - Os displays de 7 segmentos são dispositivos luminosos capazes de exibir os números de 0 a 9 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) e alguns símbolos gráficos e alfabéticos (figura 4).
Nesta figura à direita, temos o componente eletrônico, e à esquerda a pinagem do Display, com as letras correspondentes a cada segmento (estas letras não são visíveis, apresentadas aqui somente para referência)
Como funcionam? Por exemplo, para mostrar o dígito 3, ficam ligados (acesos) os segmentos “A, B, C, D e G”, já para o digito 8, todos os segmentos estão acesos
O DP (ponto vermelho), pode ser usado como um ponto quando necessário.
CI 74LSHC4511 Este CI é composto dos seguintes blocos:
Entradas: 4 entradas BCD (Binary Coded Decimal) - D0, D1, D2, e D3.
Saídas: 7 saídas – a, b, c, d, e, f e g, a serem ligadas ao display através de Resistores
Entradas de controle: e – Linhas de controle, de forma geral, permitem que se habilite ou desabilite, certas funções do CI.
Há duas observações importantes:
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As linhas de controles mostradas acima, têm uma barra em cima das letras, isto significa (sempre), que ela habilita quando for nível 0, e desabilita quando for “1”. Chamamos isso de lógica negativa.
No exemplo (figura 5) estão desabilitados (+ 5V) e (GND) habilitado
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Nas linhas de controle, o significado e função, dependem do fabricante do CI, por isso é necessário consultar o Datasheet do circuito integrado para ter essas informações.
Alimentação: A alimentação positiva (VCC) neste caso é de 5 Volts, e o Terra (GND) é 0 Volts.
Há outros CI’s do mesmo fabricante (Texas Instruments), CD54HC4511, CD74HC4511, CD74HCT4511, que têm a mesma função, porém com algumas especificações diferentes entre si.
Como funciona o circuito?
O esquema de um circuito eletrônico usando um decodificador e um display, é mostrado na figura 5.
Este circuito, é mais uma introdução de como usar um decodificador/display, do que um circuito prático, servindo desta forma, como aprendizado de funcionamento.
A Tabela Função (figura 6, à direita) mostra que para diferentes entradas, um segmento é ativado (aceso). Por exemplo, quando todas as entradas forem “0”, o Display mostra o número “Zero” (estão ligados os segmentos A,B,C,D,E e F).
As entradas aqui mostradas são switches (botões) que, quando abertos (sem pressionar), fornecem tensão de 5 Volts, portanto nível 1, e quando fechados, ficam ligados ao GND (Terra = 0 Volts).
Assim, pressionando diferentes switches, sozinhos ou em conjunto com outros, ao mesmo tempo, obteremos entradas correspondentes e, por conseguinte, diferentes configurações no Display.
A figura 6, também mostra a Tabela Função completa (à esquerda), retirada das folhas de especificações (Data sheet) do referido Circuito Integrado.
Como vemos, é possível outras configurações do Display, que foram descartadas neste circuito eletrônico
Codificadores
Os Codificadores (Encoder em inglês) realizam função inversa dos Decodificadores.
O Codificador é um circuito digital, que converte um conjunto de entradas binárias, em um conjunto menor de saídas.
A figura 8, mostra um Codificador de 4 para 2, isto é, converte 4 entradas (representadas por E0 a E3), em 2 saídas (S0 e S1).
Há uma regra para o decodificador, somente uma das entradas pode ter nível alto “1”, então para este caso, há somente quatro possibilidades para a saída, mostrado na Tabela verdade da figura 8.
Além do codificador 4 para 2, há também outros tipos de codificadores vistos a seguir:
Tipos de Codificadores
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Codificador Octal-Binário
Um codificador octal-binário é aquele que possui 8 entradas e três saídas (8 para 3)
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Codificador Decimal- BCD
Este codificador possui 10 entradas BCD e 4 saídas BCD, chamado de codificador Decimal-BCD.
Um possível problema
Como vimos acima, é fundamental que somente uma das entradas apresente nível alto, mas, e quando isso não acontece?
Bem, isso é uma das principais desvantagens dos codificadores digitais padrão. Eles podem gerar o código de saída errado quando houver mais de uma entrada presente no nível lógico “1”.
Por exemplo, se fizermos as entradas E1 e E2 nível alto “1” ao mesmo tempo, a saída resultante não será nem “01” nem “10”, mas será em “11”, que é uma saída binária errada, conforme a Tabela Verdade
Par resolver esse problema, o método é “Priorizar” a entrada de maior prioridade. Portanto, se houver mais de uma entrada com nível lógico “1” ao mesmo tempo, o código de saída corresponderá apenas à entrada com a prioridade designada mais alta. Então, teremos o Codificador de Prioridade
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Codificador de Prioridade
O Codificador de Prioridade resolve os problemas mencionados acima, alocando um nível de prioridade para cada entrada.
No nosso exemplo anterior, E2 terá prioridade em cima de E1, e quando uma entrada com prioridade mais alta estiver presente, todas as outras entradas com prioridade mais baixa serão ignoradas.
Circuito Integrado (Codificador) 74LS148 (8X3)
O Codificador 74LS148 é usado, quando se quer codificar 8 entradas decimais em 3 linhas BCD.
Uma característica importante deste CI, é que ele usa codificação prioritária, evitando os problemas relatados acima, mas também outros tipos de problemas.
Este CI é composto dos seguintes blocos (ver figura 9):
Entrada: 8 entradas (ativadas em nível baixo) – (de 0 a 7).
Saídas: 3 saídas – A0, A1 e A2
Entradas/Saídas de controle: e – Linhas de controle, de forma geral, permitem que se habilite ou desabilite, certas funções do CI.
Repare que as Linhas de Controle são barradas, isto é, se habilitam quando for nível 0, e desabilita quando for “1”.
Alimentação: A alimentação positiva (VCC) neste caso é de 5 Volts, e o Terra (GND) é 0 Volts.
A Tabela Função para este componente é mostrada na figura 9.
A figura 10, mostra uma possível aplicação usando este codificador.
O seletor tem 8 posições, acessíveis ao gira o botão desse seletor.
Cada posição é ligada ao codificador. Aqui é mostrado um esquema simplificado, não contendo os demais componentes eletrônicos necessários ao circuito.
Para cada posição selecionada, há somente uma entrada específica para o codificador. Neste caso, a entrada selecionada apresenta nível “0” (Low) e as demais entradas nível alto (High).
No nosso exemplo, a posição “D” apresenta as saídas A2= 1; A1=0 e A0=0, como se vê na Tabela. E assim sucessivamente para cada posição do Seletor.
Aplicação prática
Há várias possibilidades, vejamos duas:
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As saídas do codificador, seriam ligadas a um circuito eletrônico apropriado, e este, a um Braço Robótico. O Braço neste caso, poderia executar 8 movimentos distintos.
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As posições (A,B,....,G), poderiam representar os Pontos Cardeais (Norte (N), Sul (S), (E), (O), (NE), (SE), (SO) e (NO).
Dessa forma, uma antena parabólica, por exemplo, ligada ao codificador, através de um circuito apropriado, poderia esquadrinhar todo o céu.
É importante frisar que estes são exemplos de aprendizado, na prática, existem outras possibilidades, mais práticas, e melhores de serem implementadas.
Utilizações de Codificadores Digitais
Os codificadores são amplamente utilizados em sistemas eletrônicos digitais. Algumas aplicações e usos comuns de codificadores são os seguintes:
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Nas calculadoras, os codificadores são usados para codificar os valores decimais em binário para executar funções binárias específicas, como adição, subtração, multiplicação e divisão, etc.
·Codificador de teclado – Neste caso o codificador gera um código binário correspondente à tecla (alfanumérica) pressionada.
As teclas são dispostas em forma de Matriz (linhas X colunas) de tal maneira que, para cada tecla, há uma linha e uma coluna específica. Então ao pressioná-la, essa posição única, é enviada ao codificador, que a codifica (em BCD), para o resto do circuito eletrônico, figura 11.
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É usado também para reduzir o número de fios e conexões necessários para o projeto de circuitos eletrônicos que possuem várias linhas de entrada, para algumas poucas linhas de saída
