Binārie dekoderi

Dekoders ir kombinētās shēmas veids, kas atšifrē mazu bitu vērtību lielā bitu vērtībā. Parasti to lieto kopā ar kodētājiem, kas rīkojas tieši pretēji tam, ko dara dekodētājs, tāpēc, pirms turpināt darbu ar dekoderiem, izlasiet šeit par Kodētājiem. Atkal tāpat kā kodētāji, arī dekoderi ir daudz veidu, bet izejas līniju skaits dekoderā vienmēr būs lielāks nekā ievades līniju skaits. Šajā apmācībā mēs uzzināsim, kā darbojas dekodētājs un kā mēs to varam izveidot savam projektam.

Dekodera pamatprincips:

Kā stāstīts iepriekš, dekodētājs ir tikai kodētāja pretdetaļa. Tas prasa noteiktu skaitu bināro vērtību kā ievades un pēc tam loģikas palīdzību atšifrē vairāk līnijas. Paraugs decoder ir parādīts zemāk, kas aizņem 2 līnijām, kā ieejas un pārvērš tos 4 Lines.

Vēl viens īkšķis ar dekoderiem ir tāds, ka, ja ieeju skaits tiek uzskatīts par n (šeit n = 2), tad izejas skaits vienmēr būs vienāds ar 2 ⁿ (2 ² = 4), kas mūsu gadījumā ir četri. Dekoderam ir 2 ievades līnijas un 4 izvades līnijas; tāpēc šāda veida dekoderus sauc par 2: 4 dekoderiem. Divas ieejas tapas ir nosauktas kā I1 un I0, un četras izejas tapas ir nosauktas no O0 līdz O3, kā parādīts iepriekš.

Ir arī svarīgi zināt, ka parastajam dekoderam, piemēram, šeit parādītajam, ir trūkums, jo tas nespēj atšķirt nosacījumu, ka abas ieejas ir nulles (nav savienotas ar citām ķēdēm) un abas ieejas ir zemas (loģika 0). Šo trūkumu var atrisināt, izmantojot Priority Decoder, kuru mēs uzzināsim vēlāk šajā rakstā. Parastā dekodētāja patiesības tabula ir parādīta zemāk

No dekodētāja patiesības tabulas mēs varam uzrakstīt Būla izteiksmi katrai izejas rindai, vienkārši sekojiet, kur izeja kļūst augsta, un izveidojiet AND loģiku, pamatojoties uz I1 un I0 vērtībām. Tas ir ļoti līdzīgs Encoder metodei, taču šeit mēs izmantojam OR loģiku OR loģikas vietā. Būla izteiksme visām četrām rindām ir dota zemāk, kur simbols (.) Apzīmē UN loģiku un simbols (') apzīmē NAV loģiku.

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

Tagad, kad mums ir visas četras izteiksmes, mēs varam pārveidot šīs izteiksmes kombinētās loģikas vārtu ķēdē, izmantojot vārti UN vārti. Vienkārši izmantojiet AND vārtus (.) Un NOT vārtu (apgrieztā loģika) vietā ('), un jūs saņemsiet šādu loģikas diagrammu.

Ļaujiet mums veidot 2: 4 dekodera shēmas diagramma par breadboard un pārbaudīt, kā tas darbojas reālajā dzīvē. Lai tas darbotos kā aparatūra, jums jāizmanto loģisko vārtu IC, piemēram, 7404 NOT vārtiem un 7408 AND vārtiem. Divas ieejas I0 un I1 tiek nodrošinātas, izmantojot spiedpogu, un izeja tiek novērota, izmantojot LED gaismas. Kad esat izveidojis savienojumu uz maizes dēļa, tas izskatās apmēram šādi zemāk esošajā attēlā

Plati darbina ar ārēju + 5 V padevi, kas savukārt nodrošina vārtu IC barošanu, kaut arī Vcc (14. tapa) un zemes (7. tapa) tapas. Ieeja tiek sniegta ar spiedpogām, nospiežot, tā ir loģika 1 un, ja tā netiek nospiesta, tā dod loģiku 0, gar ievades līnijām tiek pievienots arī nolaišanās rezistors ar vērtību 1k, lai novērstu tapu peldēšanu. Izejas līnijas (O0 līdz O3) tiek dotas caur šīm sarkanajām LED gaismām, ja tās spīd, tas ir loģika 1 citādi tas ir loģika 0. Šīs dekodera ķēdes pilnīga darbība ir parādīta zemāk esošajā video

Ņemiet vērā, ka katras ievades patiesības tabula tiek parādīta augšējā kreisajā stūrī, un gaismas diode deg arī tādā pašā kārtībā. Līdzīgi mēs varam arī izveidot kombinācijas loģikas diagrammu visu veidu dekoderiem un veidot tos uz šāda veida aparatūras. Varat arī izpētīt viegli pieejamos dekodētāja IC, ja jūsu projekts tam ir piemērots.

Standarta dekoderu trūkumi:

Tāpat kā kodētājs, arī dekoders cieš no vienas un tās pašas problēmas, ja abas ieejas nav savienotas (loģika X), izeja nepaliks kā nulle. Tā vietā dekodētājs to uzskatīs par loģiku 0 un bitu O0 padarīs augstu.

Prioritārais dekoders:

Tātad, lai pārvarētu šo problēmu, mēs izmantojam prioritāro dekodētāju, šāda veida dekoderam ir papildu ievades tapa, kas apzīmēta kā “E” (Iespējot), kas tiks savienota ar prioritārā dekodera derīgo tapu. Blokshēma par prioritāti Decoder ir parādīts zemāk.

Patiesība tabula prioritāte Encoder ir redzams arī turpmāk, šeit X apzīmē nekādas saistības, un "1" ir loģika augsts un "0" apzīmē loģika zems. Ievērojiet, ka iespējošanas bits ir 0, ja ievades līnijās nav savienojuma, un tāpēc izejas līnijas arī paliks nulles. Tādā veidā mēs varēsim pārvarēt iepriekš minēto trūkumu.

Kā vienmēr no patiesības tabulas, mēs varam vadīt Būla izteiksmi izejas līnijām O0 līdz O3. Iepriekš minētās patiesības tabulas Būla izteiksme ir parādīta zemāk. Apskatot tuvāk, jūs varat pamanīt, ka izteiksme ir tāda pati kā parastā dekodētāja 2: 4 izteiksmē, bet Enable bits (E) ir izveidots AND ar izteiksmi.

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

Kombinācijas loģisko diagrammu iepriekšminētajai Būla izteiksmei var izveidot, izmantojot pāris invertorus (NOT Gates) un 3 ieejas AND gate. Vienkārši nomainiet simbolu (') ar invertoriem un simbolu (.) Ar AND vārtiem, un jūs iegūsiet šādu loģikas diagrammu.

3: 8 dekodētāji:

Ir arī daži augstākas kārtas dekoderi, piemēram, 3: 8 dekoderi un 4:16 dekoderi, kas ir biežāk izmanto. Šos dekoderus ķēdes sarežģītībai bieži izmanto IC paketēs. Ļoti bieži tiek kombinēti arī zemākas kārtas dekoderi, piemēram, dekoderi 2: 4, lai izveidotu augstākas kārtas dekoderus. Piemēram, mēs zinām, ka 2: 4 dekoderim ir 2 ieejas (I0 un I1) un 4 izejas (O0 līdz O3) un 3: 8 dekoderim ir trīs ieejas (I0 līdz I2) un astoņas izejas (O0 līdz O7). Mēs varam izmantot šādas formulas, lai aprēķinātu zemākas kārtas dekoderu skaitu (2: 4), kas nepieciešami, lai izveidotu augstākas pakāpes dekodētāju, piemēram, 3: 8 dekoderu.

Nepieciešamais zemākas kārtas dekodera skaits = m2 / m1 kur, m2 -> izeju skaits zemākas pakāpes dekoderim m1 -> izeju skaits augstākas pakāpes dekodētājam

Mūsu gadījumā m1 vērtība būs 4, un m2 vērtība būs 8, tāpēc, lietojot šīs vērtības iepriekš minētajās formulās, mēs iegūstam

Nepieciešamais skaits 2: 4 dekoders 3: 8 dekoderim = 8/4 = 2

Tagad mēs zinām, ka mums būs nepieciešami divi dekoderi 2: 4, lai izveidotu dekoderu 3: 8, bet kā šie divi būtu jāsavieno, lai savāktos. Zemāk redzamā blokshēma parāda tieši to

Kā redzat, ieejas A0 un A1 ir savienotas kā paralēlas ieejas abiem dekoderiem, un pēc tam pirmā dekodētāja iespējošanas tapa tiek darbināta kā A2 (trešā ieeja). Apgrieztais A2 signāls tiek ievadīts otrā dekodētāja iespējošanas tapai, lai iegūtu izejas Y0 līdz Y3. Šeit izejas Y0 līdz Y3 tiek sauktas par apakšējām četrām mintermām un izejas Y4 līdz Y7 - par četrām augstākām mintermerm. Zemākas kārtas minterms tiek iegūts no otrā dekodera un augstākās pakāpes minterms tiek iegūts no pirmā dekodera. Lai gan viens no šāda veida kombinācijas dizaina pamanāmajiem trūkumiem ir tas, ka dekoderim nebūs iespējošanas tapas, kas padarīs to uzņēmīgu pret problēmām, par kurām mēs iepriekš runājām.

4:16 Dekoders:

Līdzīgu 3: 8 dekoderim, arī 4:16 dekoderu var konstruēt, apvienojot divus 3: 8 dekoderus. 4: 16 dekoderim mums būs četras ieejas (no A0 līdz A3) un sešpadsmit izejas (no Y0 līdz Y15). Tā kā 3: 8 dekoderim mums būs tikai trīs ieejas (A0 līdz A2).

Mēs jau esam izmantojuši formulas, lai aprēķinātu nepieciešamo dekodera skaitu, šajā gadījumā m1 vērtība būs 8, jo 3: 8 dekoderim ir 8 izejas un m2 vērtība būs 16, jo 4:16 dekodētājam ir 16 izejas, tāpēc piemērojot šīs vērtības iepriekšminētajās formulās, mēs iegūstam

Nepieciešamais skaitlis 3: 8 dekoders 4:16 dekoderim = 16/8 = 2

Tāpēc, lai izveidotu 4:16 dekoderu, mums ir nepieciešams divi dekoderi 3: 8, šo divu 3: 8 dekoderu izkārtojums arī būs līdzīgs tam, ko mēs darījām iepriekš. Bloku shēma šo divu 3: 8 dekodera savienošanai ir parādīta zemāk.

Šeit izejas Y0 līdz Y7 tiek uzskatītas par zemākām astoņām mintermām un izejas no Y8 līdz Y16 tiek uzskatītas par augstākām astoņām mintermerm. Apakšējā labajā pusē esošās mintermas tiek tieši izveidotas, izmantojot ievadi A0, A1 un A2. Tie paši signāli tiek doti arī trim pirmā dekodera ieejām, bet pirmā dekodētāja iespējošanas tapa tiek izmantota kā ceturtā ievades tapa (A3). Ceturtās ieejas A3 apgrieztais signāls tiek ievadīts otrā dekodera iespējošanas tapai. Pirmais dekodētājs izvada augstāko astoņu mintermu vērtību.

Pielietojums:

Dekoderu parasti izmanto kopā ar kodētāju, un tāpēc abiem tiem ir kopīgas lietojumprogrammas. Bez dekoderiem un kodētājiem nebūtu iespējama mūsdienu elektronika, piemēram, mobilais tālrunis un klēpjdatori. Tālāk ir uzskaitītas dažas svarīgas dekoderu lietojumprogrammas.

• Signālu pielietošanas secība
• Laika signālu lietojumi
• Tīkla līnijas
• Atmiņas elementi
• Telefonu tīkli