Nos sistemas digitais, qualquer informação é representada por códigos binários. Existem muitos sistemas de código binário, conforme mencionado no primeiro tutorial desta série. Um código binário de n bits pode representar 2n símbolos discretos ou elementos de informação codificada. Os circuitos digitais que realizam a codificação da informação digital são chamados de codificadores, enquanto os circuitos digitais que decodificam a informação digital codificada são chamados de decodificadores. Um codificador com pinos habilitados é chamado de multiplexador, enquanto um decodificador com pinos habilitados é chamado de demultiplexador.
O codificador, o decodificador, o multiplexador e o demultiplexador são circuitos lógicos combinacionais, pois sua saída a qualquer momento depende da combinação dos sinais de entrada presentes naquele instante apenas e não depende de quaisquer condições passadas. Vamos aprender sobre cada um neste tutorial.
Decodificadores –
Os decodificadores são usados para decodificar informações binárias em um sistema digital. As linhas de entrada para um decodificador são usadas para alimentar dados binários, enquanto com base nos dados binários, uma das linhas de saída é selecionada, representando o respectivo mintermo. Se um decodificador tiver n linhas de entrada, ele poderá ter no máximo 2n linhas de saída. Com n número de linhas de entrada, o decodificador pode decodificar dados digitais de n bits. Tal como acontece com 3 linhas de entrada, um decodificador pode decodificar dados binários de 3 bits e, portanto, no máximo 23 ou 8 símbolos binários. Se houver algumas combinações não utilizadas nas informações codificadas de n bits, o decodificador pode ter menos de 2n linhas de saída. Portanto, qualquer decodificador é um decodificador de linha n para m, onde m <= 2n.
Em um decodificador, cada linha de saída representa um mintermo que é selecionado com base nos dados binários de entrada. Para quaisquer dados de entrada, apenas uma linha de saída é ativada por vez. Pode-se notar que em um decodificador o número de linhas de saída é sempre maior que o número de linhas de entrada. Se o número de entradas e saídas em um circuito decodificador for igual, ele será chamado de conversor.
Os decodificadores são geralmente construídos usando portas AND ou NAND. A saída de uma porta AND só é HIGH quando todas as entradas são HIGH. Portanto, a porta AND é o elemento básico de decodificação em um circuito decodificador. Por exemplo, em um decodificador de 4 a 16 linhas, o circuito digital usado na decodificação do código binário 1001 será o seguinte –
Fig. 1: Imagem mostrando o circuito de decodificação construído usando AND Gate
No elemento de decodificação (do decodificador de 4 a 16 linhas) mostrado acima, para tornar todas as entradas da porta AND em ALTO, os dois bits do meio devem ser invertidos usando duas portas NOT. Portanto, quando os dados binários de entrada forem 1001, a única linha de saída conectada ao circuito de decodificação acima será ativada e definida como HIGH.
Para simplificar, tomemos como exemplo o decodificador de 2 a 4 linhas. Um decodificador de 2 a 4 linhas possui duas linhas de entrada (digamos A e B). Com 2 entradas, 4 códigos binários podem ser representados, portanto pode haver 4 linhas de saída (digamos D0, D1, D2 e D3). Cada linha de saída representa um mintermo como D0 representa A'B', D1 representa A'B, D2 representa AB' e D3 representa AB. Um decodificador de 2 a 4 linhas pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 2: Diagrama de blocos do decodificador de 2 para 4 linhas
Terá a seguinte tabela verdade –
Fig. 3: Tabela verdade do decodificador de 2 a 4 linhas
A partir da tabela verdade acima, o circuito digital para o decodificador de 2 a 4 linhas pode ser construído usando portas AND e portas NOT como segue –
Fig. 4: Diagrama de circuito do decodificador de 2 a 4 linhas
Se um decodificador for construído usando portas NAND, então a respectiva linha de saída será definida como LOW em vez de HIGH para um código binário. Por exemplo, o circuito digital para decodificador de 2 a 4 linhas construído usando portas NAND será o seguinte –
Fig. 5: Imagem mostrando a implementação do decodificador de 2 para 4 linhas com portas NAND
Os decodificadores são usados em muitas aplicações como demultiplexação de dados, display digital, conversores digital para analógico, endereçamento de memória, etc.
Demultiplexadores –
Demultiplexadores são circuitos digitais usados para transmitir dados binários de uma linha para muitas. A própria palavra “demultiplexador” significa um em muitos. Portanto, demultiplexação é o processo de obter informações de uma entrada e transmiti-las por uma das várias saídas. Os demultiplexadores possuem circuito digital semelhante aos decodificadores, exceto que possuem uma única linha de entrada e possuem linhas selecionadas para determinar a linha de saída para transmissão de dados. Os dados são transmitidos por uma única linha de saída por vez. Assim como o decodificador, se um demultiplexador tiver n linhas de seleção, pode haver 2n ou menos linhas de saída controladas por eles em um demultiplexador. Um demultiplexador pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 6: Diagrama de blocos do demultiplexador
Pode-se notar que um demultiplexador possui um sinal de entrada, m sinais de seleção en sinais de saída onde n <= 2eu. As entradas selecionadas determinam a qual linha de saída a entrada de dados será conectada. Com a ajuda de um demultiplexador, os dados seriais são convertidos em dados paralelos.
Por exemplo, em um demultiplexador de 1 a 4 linhas, há uma única entrada (digamos D), quatro saídas (digamos Y0 a Y3) e duas linhas de seleção (digamos S1 e S2). A tabela verdade do demultiplexador de 1 a 4 linhas é a seguinte –
Fig. 7: Tabela Verdade do Demultiplexador
A partir da tabela verdade, pode-se notar que a entrada de dados está conectada à saída Y0 quando S1 = 0 e S0 = 0. A entrada de dados está conectada à saída Y1 quando S1 = 0 e S0 = 1. A entrada de dados está conectada a saída Y2 quando S1 = 1 e S0 = 0. A entrada de dados é conectada à saída Y3 quando S1 = 1 e S0 = 1. Um demultiplexador pode ser construído usando portas AND e portas NOT como os circuitos decodificadores. Na tabela verdade acima, o circuito digital para o demultiplexador de 1 a 4 linhas é o seguinte –
Fig. 8: Diagrama de circuito do demultiplexador de 4 saídas
Portanto, o demultiplexador de 1 para 4 linhas pode ser implementado usando quatro portas AND de 3 entradas e duas portas NOT. A linha de dados de entrada está conectada a todas as portas AND. As duas linhas de seleção S1 e S0 habilitam apenas uma porta por vez e os dados que aparecem na linha de entrada passam pela porta selecionada até a linha de saída associada.
Os demultiplexadores são utilizados em sistemas de comunicação, chips de computadores para conexão de ALU com registradores e em conversores serial para paralelo.
Codificadores –
Os codificadores são usados para codificar dados binários. Eles são o oposto dos decodificadores. Portanto, eles realizam operação inversa de um decodificador. O oposto do processo de decodificação é chamado de codificação. O codificador é um circuito lógico combinacional que converte um sinal de entrada ativo em um sinal de saída codificado.
Possui n linhas de entrada, das quais apenas uma está ativa a qualquer momento e m linhas de saída. Ele codifica uma das entradas ativas em uma saída binária codificada com m bits. Em um codificador, o número de linhas de saída é menor que o número de entradas. Se um codificador tiver n linhas de entrada e m linhas de saída, então n<= 2eu. Um codificador pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 9: Diagrama de blocos do codificador
Por exemplo, vamos considerar o Priority Encoder. É um tipo especial de codificador em que é dada prioridade às linhas de entrada. Se duas ou mais linhas de entrada forem HIGH ao mesmo tempo, então a linha de entrada com prioridade mais alta será considerada. Em um codificador de prioridade de 4 para 2 linhas, existem quatro entradas, digamos D0, D1, D2 e D3, e duas saídas, Y0 e Y1. Das quatro entradas, D3 tem a prioridade mais alta e D0 tem a prioridade mais baixa. Isso significa que se D3 = 1 então Y1 Y0 será igual a 11 independentemente das outras entradas. Da mesma forma, se D3 = 0 e D2 = 1, então Y1 Y0 será igual a 10, independentemente das outras entradas. Um codificador de prioridade de 4 para 2 linhas pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 10: Diagrama de blocos do codificador de prioridade de 4 entradas
Tem a seguinte tabela verdade –
Fig. 11: Tabela verdade do codificador de prioridade de 4 entradas
Um codificador pode ser construído usando portas AND, OR e NOT. A partir da tabela verdade acima, o circuito lógico digital para codificador de 4 para 2 linhas pode ser projetado da seguinte forma –
Fig. 12: Diagrama de circuito do codificador de prioridade de 4 entradas
Multiplexadores –
Os multiplexadores são usados para rotear dados digitais de muitas para uma linha. Eles convertem dados paralelos em dados seriais. O próprio termo multiplex significa muitos para um. Multiplexação é o processo de transmissão de um grande número de informações em uma única linha.
Um multiplexador digital é um circuito combinacional que seleciona informações digitais únicas de vários recursos e transmite as informações selecionadas em uma única linha de saída. Um multiplexador também é chamado de seletor de dados, onde seleciona uma das muitas entradas e envia as informações para a saída. Os multiplexadores são semelhantes aos codificadores, exceto que possuem várias linhas de entrada de dados e uma única linha de saída. A seleção de uma linha de entrada específica é controlada por um conjunto de linhas de seleção. Um multiplexador pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 13: Diagrama de blocos do multiplexador
Pode-se notar que um multiplexador possui n linhas de entrada, m sinais de seleção e uma linha de saída onde n <= 2eu. A linha de seleção decide o número de linhas de entrada de um multiplexador específico. Se o número de n linhas de entrada for igual a 2eu, então m linhas de seleção são necessárias para selecionar uma das n linhas de entrada. Por exemplo, para selecionar uma entre 4 linhas de entrada, são necessárias duas linhas de seleção e para selecionar uma entre 8 linhas de entrada, são necessárias 3 linhas de seleção.
Como em um multiplexador de quatro entradas, há quatro linhas de entrada de dados (digamos D0 a D3), uma linha de saída única (digamos Y) e duas linhas de seleção (digamos S0 e S1) para selecionar uma das quatro linhas de entrada. Um multiplexador de 4 entradas pode ser representado pelo seguinte diagrama de blocos –
Fig. 14: Diagrama de blocos do multiplexador de 4 entradas
Tem a seguinte tabela verdade –
Fig. 15: Tabela verdade do multiplexador de 4 entradas
Um circuito multiplexador é semelhante ao circuito codificador. Assim como os codificadores, os multiplexadores podem ser construídos usando portas AND, OR e NOT. Da tabela verdade acima, o diagrama da porta lógica para 4 entradas multiplexador é o seguinte –
Fig. 16: Diagrama de circuito do multiplexador de 4 entradas
A partir do circuito lógico, pode-se observar que quando S1S0 igual a 00 é aplicado para selecionar linhas, as duas entradas da porta AND associadas a D0 são iguais a 1 e a terceira entrada é conectada aos dados D0. As outras 3 portas AND possuem 0 em pelo menos uma de suas entradas, de modo que suas saídas serão iguais a 0. Portanto, a saída OR Y será igual a D0. Quando S1S0 igual a 01 é aplicado às linhas selecionadas, os dados da entrada D1 aparecem na linha de saída de dados. Da mesma forma, quando S1S0 igual a 10 é aplicado às linhas selecionadas, os dados da entrada D2 aparecem na linha de saída dos dados. Quando S1S0 igual a 11 é aplicado às linhas selecionadas, os dados da entrada D3 aparecem na linha de saída de dados.
Os multiplexadores são utilizados em telefonia, sistemas de comunicação e memórias de computadores. Eles também são usados como conversores de dados paralelos a seriais.
No próximo tutorial, aprenda a projetar circuitos codificadores e decodificadores usando ICs de porta lógica da série 7400.
