6- Codificadores e decodificadores

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CODIFICADORES E DECODIFICADORES Prof. Matheus Ribeiro

1. Introdução Para exemplificar função e utilização dos circuitos codificadores e decodificadores, considere a estrutura de uma calculadora básica:

TECLADO

CODIFICADOR

DISPLAY

UNIDADE DE PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO

DECODIFICADOR

Neste exemplo, tanto a entrada quanto a saída de dados são compostas por botões e displays cujos rótulos são símbolos do sistema decimal. Para que a unidade de processamento possa realizar os cálculos é necessário que as informações de entrada sejam convertidas para uma representação binária conhecida para o sistema digital. Da mesma forma, a resposta para a operação matemática deve ser apresentada ao usuário utilizando o sistema decimal. Para realizar estas conversões, utilizamos os circuitos codificadores e decodificadores. Com base no exposto acima, definimos que, um circuito codificador é aquele que converte os dados de uma representação conhecida para outra desconhecida e que, um circuito decodificador, é aquele que converte os dados de uma representação desconhecida para outra conhecida.

2. Codificador de prioridade decimal para BCD Considerando o exemplo acima, é necessário codificar a informação proveniente do teclado para um código binário compreensível à unidade de processamento. Para esse caso, pode-se utilizar o circuito integrado 74147 que é um codificador de prioridade 10-para-4, ou seja, codifica uma cada uma de suas 10 linhas de entrada em um código BCD nas suas saídas conforme a tabela funcional a seguir. Entradas

1 2 3 4 5 6 7 8 9

74LS147 Q0 Q1 Q2 Q3

Saídas

Entradas

1

2

3

4

5

6

Saídas 7

8

9 Q3 Q2 Q1 Q0

H H H H H

H H H H

H

H

H

H

X

X

X

X

X

X

X

X

L

L

H

H

L

X

X

X

X

X

X

X

L

H

L

H

H

H

X

X

X

X

X

X

L

H H

H

L

L

L

X

X

X

X

X

L

H H H

H

L

L

H

X

X

X

X

L

H H H H

H

L

H

L

X

X

X

L

H

H H H H

H

L

H

H

X

X

L

H H

H H H H

H

H

L

L

X

L

H H H

H H H H

H

H

L

H

L

H H H H

H H H H

H

H

H

L

A partir da análise da tabela, percebem-se as seguintes características: • Tanto as entradas quanto as saídas são ativas em nível lógico baixo;

• • •

A entrada 2 tem prioridade sobre a 1, a entrada 3 tem prioridade sobre a 2, e assim por diante, sendo que a entrada 9 tem prioridade sobre todas as outras. A atribuição de prioridade estabelece que, se várias entradas estão ativas, o código da saída será o da entrada de maior prioridade. Quando não existem entradas ativas, a saída do codificador apresenta o código BCD equivalente a uma entrada 0 implícita no circuito.

3. Decodificador BCD para 7 segmentos No exemplo da calculadora acima, os resultados binários gerados pela unidade de processamento devem ser apresentados para o usuário no sistema decimal por meio de displays de 7 segmentos. Para realizar esta conversão de códigos, pode-se utilizar o circuito integrado 7448 cuja tabela funcional é apresentada a seguir.

A B 74LS48 C D BI/RBO RBI LT

QA QB QC QD QE QF QG

Função LT RBI Saídas

Entradas

Entradas

Saídas

D C B A BI/RBO a b c d e

f

g

0

H

H

L

L L L

H

H H H H H H L

1

H

X

L

L L H

H

L H H L L L L

2

H

X

L

L H L

H

H H L H H L H

3

H

X

L

L H H

H

H H H H L L H

4

H

X

L H L L

H

L H H L L H H

5

H

X

L H L H

H

H L H H L H H

6

H

X

L H H L

H

L L H H H H H

7

H

X

L H H H

H

H H H L L L L

8

H

X

H L L L

H

H H H H H H H

9

H

X

H L L H

H

H H H L L H H

10

H

X

H L H L

H

L L L H H L H

11

H

X

H L H H

H

L L H H L L H

12

H

X

H H L L

H

L H L L L H H

13

H

X

H H L H

H

H L L H L H H

14

H

X

H H H L

H

L L L H H H L

15

H

X

H H H H

H

L L L L L L L

BI

X

X

X

X X X

L

L L L L L L L

RBI

H

L

L

L L L

L

L L L L L L L

LT

L

X

X

X X X

H

H H H H H H H

A partir da análise da tabela funcional, percebem-se as seguintes características: • Se as entradas BI, BI/RBO e LT estiverem desativadas, cada combinação das entradas D,C,B,A geram símbolos únicos para o display (sendo os decimais nas linhas 0 a 9); • Se a entrada LT estiver ativa (nível lógico baixo), o todas as saídas do circuito são ativadas promovendo um teste geral dos LEDs do display. • A entrada BI (ativada com nível lógico baixo) é utilizada para desativar de maneira forçada todas as saídas do dispositivo. • A entrada RBI é utilizada associada a saída RBO de outro circuito integrado para suprimir da apresentação o valor zero. Esta opção é utilizada quando queremos apresentar dados de mais de um dígito suprimindo os zeros à esquerda. • O circuito integrado 7448 é projetado para utilização como decodificador/driver para displays do tipo catodo comum. Para utilização de displays anodo comum devem ser utilizados circuitos integrados 7447.

4. Projeto de codificadores e decodificadores Em algumas situações pode ser necessário um codificador ou decodificador específico não havendo um circuito integrado comercial para a aplicação. Nestes casos, será necessário projetar um circuito lógico para este fim seguindo a mesma sequência de etapas utilizadas para os demais circuitos lógicos, que são: 1. Construção da tabela verdade do codificador/decodificador. 2. Obtenção das expressões simplificadas via álgebra de Boole ou mapas K. 3. Desenho do diagrama lógico. 4. Simulação e/ou montagem do circuito.

5. Exercícios 1) Em um determinado processo industrial, o controle do funcionamento de um trecho da linha de produção é realizado a partir da informação oriunda de 2 sensores. Os sensores apresentam resposta ‘0’ ou ‘1’ e monitoram a entrada e a saída de produtos em uma esteira (Figura 2). A combinação das informações dos sensores permitem verificar 4 possibilidades de funcionamento da linha: 00 – (“P”) - Funcionamento normal 01 – (“1”) - Falha 1: falta de material na entrada da linha 10 – (“2”) - Falha 2: falta de espaço para armazenamento 11 – (“E”) - Falhas 1 e 2 Considerando as informações acima, projete um decodificador para apresentar as condições de funcionamento da linha ao operador por meio de um display de 7 segmentos. 2) Projete um codificador capaz de converter quaisquer valores binários de 4 bits para o equivalente no código BCD. 3) Suponha a situação onde se deve realizar o monitoramento do nível de água em um reservatório. A altura do reservatório é de 3 metros e a medida do nível de água é obtida por meio de um potenciômetro linear conectado a um conversor analógico digital de 8 bits. Proponha um circuito decodificador para apresentar o nível do reservatório em uma torre de LEDs de 10 níveis conforme a figura. Faça as considerações que julgar necessárias para a resolução do problema.

4) Utilize 3 circuitos integrados 7448 conectados em cascata para apresentar valores decimais de 0 a 999 com supressão dos zeros a esquerda.