Decodificadores y codificadores
Módulo 2.1
Electrónica Digital - Lógica Combinatoria
Decodificadores y codificadores
Módulo 2.1
Decodificadores
Un decodificador (Decoder en inglés) es un circuito lógico que permite decodificar información binaria desde la entrada a un sistema digital en la salida.
Entendamos mejor este concepto a través de la figura 1.
En esta figura tenemos la representación de un Decodificador de 2 a 4, es decir: 2 entradas binarias (A0 y A1), a 4 salidas (D0, D1, D2, D3).
Esta relación (2 a 4) se da porque en lógica binaria, 2 valores (en nuestro caso A0 y A1) sólo pueden representar un máximo de 4 posibilidades (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.
¿Cómo se construyen los decodificadores?
Los decodificadores generalmente se construyen internamente utilizando compuertas NAND o AND e inversores (NOT).
La salida de una puerta AND es "alta" sólo cuando todas las entradas son "altas". Por lo tanto, la puerta AND es el elemento decodificador básico en un circuito decodificador.
La Figura 2 muestra el circuito interno ( Diagrama Lógico) de un decodificador “2 a 4”, así como la Tabla de Verdad.
El esquema de compuertas (diagrama lógico), mostrado en la figura 2, es un circuito típico para este tipo de decodificadores.
Circuito integrado (CI) 74LS155
La Figura 3 muestra un Circuito Integrado decodificador, para uso comercial.
El IC 74LS155 que se muestra tiene 2 decodificadores (decodificador dual), presentes en el mismo IC.
Dispone de 2 entradas (A y B) y 2 salidas (1 y 2)
También hay 2 entradas de datos (Datos C1 y Datos C2), además del Estroboscópico (G1 y G2).
Mirando superficialmente parece que tenemos dos circuitos internos idénticos, pero no es así.
La entrada en el pin 1 (Datos C1) está invertida con respecto a la entrada (Datos C2) pin 15.
Esto le permite utilizar los dos decodificadores de formas diferentes e independientes.
El uso del decodificador CI 74HC4511 (4X8) en la práctica
Un uso práctico y común es el uso de un decodificador con display de 7 segmentos (figura 5).
Son muy comunes y utilizados en cualquier dispositivo electrónico que requiera un Display, como relojes, instrumentos, etc.
Veremos cómo hacer esto en un ejemplo práctico. Pero primero veremos qué es un Display de 7 segmentos.
¿Qué son las pantallas ? - Las pantallas de 7 segmentos son dispositivos luminosos capaces de visualizar los números del 0 al 9 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) y algunos símbolos gráficos y alfabéticos (figura 4).
En esta figura a la derecha tenemos el componente electrónico, y a la izquierda el pinout del Display, con las letras correspondientes a cada segmento (estas letras no son visibles, se presentan aquí solo como referencia)
¿Cómo funcionan? Por ejemplo, para mostrar el dígito 3, los segmentos “A, B, C, D y G” están encendidos (encendidos), mientras que para el dígito 8, todos los segmentos están encendidos.
El DP (punto rojo), se puede utilizar como punto cuando sea necesario.
IC 74LSHC4511 Este IC se compone de los siguientes bloques:
Entradas : 4 entradas BCD (decimal codificado en binario): D0, D1, D2 y D3.
Salidas : 7 salidas – a, b, c, d, e, f y g, para conectar al display mediante Resistencias
Entradas de control : y – Las líneas de control, en general, permiten habilitar o deshabilitar ciertas funciones del IC.
Hay dos observaciones importantes :
Las líneas de controles que se muestran arriba tienen una barra encima de las letras, esto significa (siempre) que lo habilita cuando es el nivel 0, y lo deshabilita cuando es el “1”. A esto lo llamamos lógica negativa.
En el ejemplo (figura 5) están deshabilitados (+5V) y (GND) habilitados
En líneas de control, el significado y función dependen del fabricante del IC, por lo que es necesario consultar el Datasheet del circuito integrado para obtener esta información.
Energía : El suministro positivo (VCC) en este caso es de 5 voltios y el de tierra (GND) es de 0 voltios.
Existen otros IC del mismo fabricante (Texas Instruments), CD54HC4511, CD74HC4511, CD74HCT4511, que tienen la misma función, pero con algunas especificaciones diferentes .
¿Cómo funciona el circuito?
El esquema de un circuito electrónico que utiliza un decodificador y una pantalla se muestra en la figura 5.
Este circuito es más una introducción a cómo utilizar un decodificador/pantalla que un circuito práctico, por lo que sirve como una experiencia de aprendizaje.
La Tabla de Funciones (figura 6, derecha) muestra que para diferentes entradas, un segmento está activado (iluminado). Por ejemplo, cuando todas las entradas son "0", la pantalla muestra el número "Cero" (los segmentos A, B, C, D, E y F están conectados).
Las entradas aquí mostradas son interruptores (botones) que al abrirse (sin presionar), suministran un voltaje de 5 Voltios, por lo tanto nivel 1, y al cerrarse se conectan a GND (Tierra = 0 Voltios).
Así, pulsando diferentes interruptores, solos o junto con otros, al mismo tiempo, obtendremos las entradas correspondientes y, por tanto, diferentes ajustes en el Display.
En la Figura 6 también se muestra la Tabla de Funciones completa (a la izquierda), extraída de las hojas de especificaciones (Datasheet) del citado Circuito Integrado.
Como vemos son posibles otras configuraciones de Display, que quedaron descartadas en este circuito electrónico.
Codificadores
Los Codificadores (Encoder en inglés) realizan la función opuesta a los Decodificadores.
El codificador es un circuito digital que convierte un conjunto de entradas binarias en un conjunto más pequeño de salidas.
La Figura 8 muestra un Encoder 4 a 2, es decir, convierte 4 entradas (representadas por E0 a E3) en 2 salidas (S0 y S1).
Existe una regla para el decodificador, solo una de las entradas puede tener un nivel alto “1”, por lo que en este caso, solo hay cuatro posibilidades para la salida, como se muestra en la Tabla de Verdad de la figura 8.
Además del codificador 4 a 2, también existen otros tipos de codificadores que se muestran a continuación:
Tipos de codificadores
Codificador octal-binario
Un codificador octal-binario es aquel que tiene 8 entradas y tres salidas (8 a 3)
Codificador decimal - BCD
Este codificador dispone de 10 entradas BCD y 4 salidas BCD, denominado codificador Decimal-BCD.
Un posible problema
Como vimos anteriormente, es fundamental que solo una de las entradas presente un nivel alto, pero ¿qué pasa cuando esto no sucede?
Bueno, esa es una de las principales desventajas de los codificadores digitales estándar. Pueden generar un código de salida incorrecto cuando hay más de una entrada presente en el nivel lógico "1".
Por ejemplo, si hacemos que las entradas E1 y E2 sean de nivel alto “1” al mismo tiempo, la salida resultante no será ni “01” ni “10”, sino “11”, que es una salida binaria incorrecta, como se muestra. en la tabla Verdadero
Para solucionar este problema, el método consiste en “Priorizar” la entrada con mayor prioridad. Por lo tanto, si hay más de una entrada con nivel lógico “1” al mismo tiempo, el código de salida solo corresponderá a la entrada con mayor prioridad designada. Entonces ya tendremos el Codificador Prioritario.
Codificador de prioridad
El codificador de prioridad resuelve los problemas mencionados anteriormente asignando un nivel de prioridad a cada entrada.
En nuestro ejemplo anterior, E2 tendrá prioridad sobre E1, y cuando esté presente una entrada de mayor prioridad, todas las demás entradas de menor prioridad se ignorarán.
Circuito integrado (codificador) 74LS148 (8X3)
El codificador 74LS148 se utiliza cuando desea codificar 8 entradas decimales en 3 líneas BCD.
Una característica importante de este IC es que utiliza codificación de prioridad, evitando los problemas informados anteriormente, pero también otros tipos de problemas.
Este IC está compuesto por los siguientes bloques (ver figura 9):
Entrada : 8 entradas (activadas a nivel bajo) – (de 0 a 7).
Salidas: 3 salidas – A0, A1 y A2
Entradas/salidas de control : y – Las líneas de control, en general, permiten habilitar o deshabilitar ciertas funciones del IC.
Tenga en cuenta que las Líneas de Control están barradas, es decir, están habilitadas cuando están en el nivel 0 y deshabilitadas cuando están en el nivel “1”.
Energía : El suministro positivo (VCC) en este caso es de 5 voltios y el de tierra (GND) es de 0 voltios.
La tabla de funciones para este componente se muestra en la figura 9.
La Figura 10 muestra una posible aplicación utilizando este codificador.
El selector tiene 8 posiciones, accesibles girando el mando selector.
Cada posición está conectada al codificador. Aquí se muestra un esquema simplificado que no contiene los demás componentes electrónicos necesarios para el circuito.
Para cada posición seleccionada, solo hay una entrada específica al codificador. En este caso, la entrada seleccionada tiene un nivel de “0” (Bajo) y las demás entradas tienen un nivel alto (Alto).
En nuestro ejemplo, la posición “D” presenta las salidas A2= 1; A1=0 y A0=0, como se ve en la Tabla. Y así sucesivamente para cada posición del Selector.
Aplicación práctica
Hay varias posibilidades, veamos dos:
Las salidas del codificador estarían conectadas a un circuito electrónico adecuado, y este, a un Brazo Robótico. El Brazo en este caso podría realizar 8 movimientos diferentes.
Las posiciones (A,B,....,G) podrían representar los Puntos Cardinales (Norte (N), Sur (S), (E), (W), (NE), (SE), (SO) y (NO).
De este modo, por ejemplo, una antena parabólica conectada al codificador, mediante un circuito adecuado, podría escanear todo el cielo.
Es importante recalcar que estos son ejemplos de aprendizaje, en la práctica existen otras posibilidades, más prácticas y mejores de implementar.
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
