Décodeurs binaires

Le décodeur est un type de circuit combinatoire qui décode une petite valeur de bit en une grande valeur de bit. Il est normalement utilisé en combinaison avec des encodeurs qui font exactement le contraire de ce que fait un décodeur, alors lisez ici sur les encodeurs avant de continuer avec les décodeurs. Encore une fois, tout comme les encodeurs, il existe également de nombreux types de décodeurs, mais le nombre de lignes de sortie dans un décodeur sera toujours supérieur au nombre de lignes d'entrée. Nous allons apprendre comment fonctionne un décodeur et comment nous pouvons en créer un pour notre projet dans ce tutoriel.

Principe de base du décodeur:

Comme indiqué précédemment, le décodeur n'est qu'un contre-élément d'un encodeur. Il prend un nombre particulier de valeurs binaires comme entrées et décode ensuite en plusieurs lignes en utilisant la logique. Un exemple de décodeur est illustré ci-dessous, qui prend 2 lignes en entrée et les convertit en 4 lignes.

Une autre règle de base avec les décodeurs est que, si le nombre d'entrées est considéré comme n (ici n = 2), alors le nombre de sorties sera toujours égal à 2 ⁿ (2 ² = 4) qui est de quatre dans notre cas. Le décodeur a 2 lignes d'entrée et 4 lignes de sortie; par conséquent, ce type de décodeur est appelé décodeurs 2: 4. Les deux broches d'entrée sont nommées I1 et I0 et les quatre broches de sortie sont nommées de O0 à O3 comme indiqué ci-dessus.

Il est également important de savoir qu'un décodeur ordinaire comme celui illustré ici présente l'inconvénient de ne pas pouvoir faire la distinction entre la condition des deux entrées étant nulle (non connectée à d'autres circuits) et les deux entrées étant à l'état bas (0 logique). Cet inconvénient peut être résolu à l'aide d'un décodeur de priorité que nous apprendrons plus loin dans cet article. La table de vérité d'un décodeur ordinaire est présentée ci-dessous

À partir de la table de vérité du décodeur, nous pouvons écrire l'expression booléenne pour chaque ligne de sortie, il suffit de suivre où la sortie devient élevée et de former une logique ET basée sur les valeurs de I1 et I0. Elle est très similaire à la méthode Encoder, mais ici nous utilisons la logique AND au lieu de la logique OR. L'expression booléenne pour les quatre lignes est donnée ci-dessous, où le symbole (.) Représente la logique ET et le symbole (') représente PAS la logique

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

Maintenant que nous avons les quatre expressions, nous pouvons convertir ces expressions en un circuit de porte logique combinatoire en utilisant les portes ET et les portes NOT. Utilisez simplement les portes ET à la place de (.) Et une porte NOT (logique inversée) à la place d'un (') et vous obtiendrez le schéma logique suivant.

Construisons le schéma de circuit du décodeur 2: 4 sur la maquette et vérifions son fonctionnement dans la vie réelle. Pour le faire fonctionner en tant que matériel, vous devez utiliser le circuit intégré de porte logique comme le 7404 pour la porte NOT et le 7408 pour la porte ET. Les deux entrées I0 et I1 sont fournies par un bouton poussoir et la sortie est observée par des voyants LED. Une fois que vous avez établi la connexion sur la maquette, cela ressemblerait à ceci dans l'image ci-dessous

La carte est alimentée par une alimentation externe + 5V, qui à son tour alimente le Gate IC via les broches Vcc (broche 14) et de masse (broche 7). L'entrée est donnée par des boutons-poussoirs, lorsqu'elle est enfoncée, elle est logique 1 et lorsqu'elle n'est pas enfoncée, elle donne la logique 0, une résistance de rappel de valeur 1k est également ajoutée le long des lignes d'entrée pour empêcher les broches de flottement. Les lignes de sortie (O0 à O3) sont données à travers ces voyants LED rouges, s'ils brillent, c'est logique 1 sinon c'est logique 0. Le fonctionnement complet de ce circuit décodeur est montré dans la vidéo ci-dessous

Notez que la table de vérité pour chaque entrée est affichée dans le coin supérieur gauche et que la LED s'allume également de la même manière ordonnée. De même, nous pouvons également créer un diagramme logique combinatoire pour tous les types de décodeurs et les construire sur du matériel comme celui-ci. Vous pouvez également consulter les CI de décodeur facilement disponibles si votre projet vous convient.

Inconvénients des décodeurs standard:

Tout comme un encodeur, le décodeur standard souffre également du même problème, si les deux entrées ne sont pas connectées (logique X), la sortie ne restera pas à zéro. Au lieu de cela, le décodeur le considérera comme logique 0 et le bit O0 sera rendu haut.

Décodeur prioritaire:

Donc, nous utilisons le décodeur de priorité pour surmonter ce problème, ce type de décodeur a une broche d'entrée supplémentaire étiquetée «E» (Activer) qui sera connectée à la broche valide du décodeur de priorité. Le schéma fonctionnel d'un décodeur prioritaire est présenté ci-dessous.

La table de vérité pour un codeur de priorité est également présentée ci-dessous, ici X représente aucune connexion et «1» représente le niveau logique haut et «0» représente le niveau logique bas. Notez que le bit d'activation est 0 lorsqu'il n'y a pas de connexion sur les lignes d'entrée et donc les lignes de sortie resteront également nulles. De cette manière, nous pourrons surmonter l'inconvénient mentionné ci-dessus.

Comme toujours à partir de la table de vérité, nous pouvons piloter l'expression booléenne pour les lignes de sortie O0 à O3. L'expression booléenne de la table de vérité ci-dessus est indiquée ci-dessous. Si vous regardez de plus près, vous pouvez remarquer que l'expression est la même que celle d'un décodeur 2: 4 normal mais que le bit d'activation (E) a été mis à ET avec l'expression.

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

Le diagramme de logique combinatoire pour l'expression booléenne ci-dessus peut être construit à l'aide de deux onduleurs (PAS de portes) et de portes ET à 3 entrées. Remplacez simplement le symbole (') par les onduleurs et le symbole (.) Par la porte ET et vous obtiendrez le diagramme logique suivant.

3: 8 décodeurs:

Il existe également des décodeurs d'ordre supérieur comme le décodeur 3: 8 et le décodeur 4:16 qui est plus couramment utilisé. Ces décodeurs sont souvent utilisés dans les boîtiers IC à la complexité du circuit. Il est également très courant de combiner des décodeurs d'ordre inférieur comme les décodeurs 2: 4 pour former un décodeur d'ordre supérieur. Par exemple, nous savons qu'un décodeur 2: 4 a 2 entrées (I0 et I1) et 4 sorties (O0 à O3) et qu'un décodeur 3: 8 a trois entrées (I0 à I2) et huit sorties (O0 à O7). Nous pouvons utiliser les formules suivantes pour calculer le nombre de décodeurs d'ordre inférieur (2: 4) nécessaires pour former un décodeur d'ordre supérieur tel qu'un décodeur 3: 8.

Nombre requis de décodeur d'ordre inférieur = m2 / m1 Où, m2 -> nombre de sorties pour le décodeur d'ordre inférieur m1 -> nombre de sorties pour le décodeur d'ordre supérieur

Dans notre cas, la valeur de m1 sera 4 et la valeur de m2 sera 8, donc en appliquant ces valeurs dans les formules ci-dessus, nous obtenons

Nombre requis de décodeur 2: 4 pour décodeur 3: 8 = 8/4 = 2

Nous savons maintenant que nous aurons besoin de deux décodeurs 2: 4 pour former un décodeur 3: 8, mais comment ces deux devraient-ils être connectés pour se rassembler. Le diagramme ci-dessous montre juste que

Comme vous pouvez le voir, les entrées A0 et A1 sont connectées en tant qu'entrées parallèles pour les deux décodeurs, puis la broche Enable du premier décodeur est conçue pour agir comme A2 (troisième entrée). Le signal inversé de A2 est donné à la broche d'activation du deuxième décodeur pour obtenir les sorties Y0 à Y3. Ici, les sorties Y0 à Y3 sont appelées quatre minutes inférieures et les sorties Y4 à Y7 sont appelées quatre minutes supérieures. Les minterms d'ordre inférieur sont obtenus à partir du deuxième décodeur et les minterms d'ordre supérieur sont obtenus à partir du premier décodeur. Bien qu'un inconvénient notable de ce type de conception combinatoire soit que, le décodeur n'aura pas de broche d'activation, ce qui le rend sensible aux problèmes dont nous avons discuté précédemment.

4:16 Décodeur:

Semblable à un décodeur 3: 8, un décodeur 4:16 peut également être construit en combinant deux décodeurs 3: 8. Pour un décodeur 4: 16, nous aurons quatre entrées (A0 à A3) et seize sorties (Y0 à Y15). Alors que, pour un décodeur 3: 8, nous n'aurons que trois entrées (A0 à A2).

Nous avons déjà utilisé les formules pour calculer le nombre de décodeur requis, dans ce cas la valeur de m1 sera 8 puisque le décodeur 3: 8 a 8 sorties et la valeur de m2 sera 16 puisque le décodeur 4:16 a 16 sorties, donc en appliquant ces valeurs dans les formules ci-dessus, nous obtenons

Nombre requis de décodeur 3: 8 pour décodeur 4:16 = 16/8 = 2

Par conséquent, nous avons besoin de deux décodeurs 3: 8 pour construire un décodeur 4:16, la disposition de ces deux décodeurs 3: 8 sera également similaire à celui que nous avons fait précédemment. Le schéma fonctionnel pour connecter ces deux décodeurs 3: 8 ensemble est illustré ci-dessous.

Ici, les sorties Y0 à Y7 sont considérées comme huit minutes inférieures et la sortie de Y8 à Y16 est considérée comme huit minutes plus élevées. Les minterms en bas à droite sont directement créés à l'aide des entrées A0, A1 et A2. Les mêmes signaux sont également donnés aux trois entrées du premier décodeur, mais la broche d'activation du premier décodeur est utilisée comme quatrième broche d'entrée (A3). Le signal inversé de la quatrième entrée A3 est donné à la broche d'activation du deuxième décodeur. Le premier décodeur émet la valeur de huit minutes la plus élevée.

Applications:

Un décodeur est généralement utilisé en combinaison avec un encodeur et ils partagent donc les mêmes applications. Sans les décodeurs et les encodeurs, l'électronique moderne comme les téléphones portables et les ordinateurs portables n'aurait pas été possible. Quelques applications importantes des décodeurs sont répertoriées ci-dessous.

• Application de signal de séquençage
• Applications de signal de synchronisation
• Lignes réseau
• Éléments de mémoire
• Réseaux téléphoniques