Aula 06 - Codificadores e Decodificadores

Codificadores e DecodificadoresNikolas Libert Aula 6 Eletrônica Digital ET52C Tecnologia em Automação Industrial Codificadores e Decodificadores Codificadores e Decodificadores  Uma mesma informação pode ser representada de formas diferentes. – Exemplo: Um número negativo pode ser armazenado na notação sinal-módulo ou complemento de 2.  Muitas vezes é necessária a conversão entre as diversas representações possíveis de um dado. – Para isso são utilizados os circuitos codificadores e decodificadores. DAELT ● Nikolas Libert ● 2 Codificadores e Decodificadores  Codificadores: – Circuitos combinacionais. – Recebem uma variável digital (de 1 ou mais bits) como parâmetro de entrada. – Fornecem na saída a mesma variável de entrada representada de forma diferente.  Exemplo: – Codificador decimal binário. Codificação Binária Codificação Decimal 0: 0b000 0: 0b00001 1: 0b001 1: 0b00010 2: 0b010 2: 0b00100 3: 0b011 3: 0b01000 4: 0b100 4: 0b10000 DAELT ● Nikolas Libert ● 3 Codificadores e Decodificadores  Exemplo Decimal Binário – Codificador decimal binário 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Entrada 2 0 0 1 0 3 3 0 0 1 1 Codificador 4 0 1 0 0 7 8 9 5 0 1 0 1 4 5 6 Saída 6 0 1 1 0 1 2 3 0b0011 7 0 1 1 1 0 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Ao pressionar uma tecla deve haver uma conversão de decimal para binário. O 10 entradas x 4 saídas processador da calculadora opera com número binários. DAELT ● Nikolas Libert ● 4 Codificadores e Decodificadores 7 8 9 4 5 6 Codificador Processador Decodificador 1 2 3 X Aritmético Y 0 Decimal Binário Binário 7 segmentos  O decodificador converte o sinal do processador para um formado compatível com o visor de 7 segmentos.  A definição de codificador ou decodificador depende apenas do ponto de vista. Para o processador, o elemento Y é um codificador. Para o visor, Y poderia ser considerado um decodificador. DAELT ● Nikolas Libert ● 5 Codificador Decimal/BCD8421 Codificador Decimal/BCD8421 BCD=”Binary Coded Decimal” 1 0 Entrada Saída 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3 2 1 0 E9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 E8 S3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 E7 S2 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 E6 S1 3 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 E5 Codificador S0 Decimal / 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 E4 BCD 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 E3 6 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 E2 7 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 E1 8 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 E0 9 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 DAELT ● Nikolas Libert ● 6 Codificador Decimal/BCD8421  Obtenção da função que representa a saída – Cada saída é analisada separadamente Entrada Saída Saída 3: 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3 2 1 0 S3 = E8+E9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 Saída 2: 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 S2 = E4+E5+E6+E7 3 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 Saída 1: 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 S1 = E2+E3+E6+E7 6 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 7 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 Saída 0: 8 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 S0 = E1+E3+E5+E7+E9 9 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 DAELT ● Nikolas Libert ● 7 Codificador Decimal/BCD8421  Implementação do circuito digital S3 = E8+E9 S2 = E4+E5+E6+E7 E9 E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 S1 = E2+E3+E6+E7 S0 = E1+E3+E5+E7+E9 S3 S2 S1 S0 DAELT ● Nikolas Libert ● 8 Codificador Decimal/BCD8421  CI Dedicado – 74LS147. – Possui lógica mais completa. – Se mais de uma entrada for ativada simultaneamente, retorna o código para a entrada mais alta. DAELT ● Nikolas Libert ● 9 Decodificador BCD8421/Decimal Decodificador BCD8421/Decimal Entrada Saída 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 S9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 E3 S8 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 E2 S7 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 E1 S6 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 3 E0 Decodificador S5 BCD / 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 S4 Decimal 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 S3 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 6 S2 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 7 S1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 8 S0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 DAELT ● Nikolas Libert ● 10 Decodificador BCD8421/Decimal  Obtenção da função que representa a saída – Cada saída é analisada por mapa de Karnaugh Entrada Saída Saída 9: 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 C C 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 A 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 B X X X X 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 A 0 1 X X B 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 3 D D D 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 5 S9 = AD 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 6 S9 = E3.E0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 7 A codificação BCD só é definida 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 8 de 0 a 9. Outros valores são irrelevantes (X) para o mapa de 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 Karnaugh. A B C D DAELT ● Nikolas Libert ● 11 Decodificador BCD8421/Decimal Saída 8: Saída 7: Entrada Saída C C C C 0 0 0 0 B 0 0 0 0 B 3 2 1 0 8 7 6 5 A A 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B B X X X X X X X X 0 0 0 1 0 0 0 0 A A 1 0 X X B 0 0 X X B 0 0 1 0 0 0 0 0 D D D D D D 0 0 1 1 0 0 0 0 S8 = E3.E0 S7 = E2.E1.E0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 Saída 6: Saída 5: 0 1 1 0 0 0 1 0 C C C C 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 B A A 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 B B 1 0 0 1 0 0 0 0 X X X X X X X X A A 0 0 X X B 0 0 X X B A B C D D D D D D D S6 = E2.E1.E0 S5 = E2.E1.E0 DAELT ● Nikolas Libert ● 12 Decodificador BCD8421/Decimal Entrada Saída  Obtenha as funções para as 3 2 1 0 4 3 2 1 0 saídas S4, S3 e S1. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 C C B 0 1 0 0 1 0 0 0 0 A 0 1 0 1 0 0 0 0 0 B 0 1 1 0 0 0 0 0 0 A B 0 1 1 1 0 0 0 0 0 D D D 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 A B C D DAELT ● Nikolas Libert ● 13 Decodificador BCD8421/Decimal  Implementação do circuito digital E3 E2 E1 E0 S9 S9 = E3.E0 S8 = E3.E0 S8 S7 = E2.E1.E0 S7 S6 = E2.E1.E0 S6 S5 = E2.E1.E0 S4 = E2.E1.E0 S5 S3 = E2.E1.E0 S4 S2 = E2.E1.E0 S3 S1 = E3.E2.E1.E0 S2 S0 = E3.E2.E1.E0 S1 S0 DAELT ● Nikolas Libert ● 14 Decodificador BCD8421/Decimal  CI Dedicado – 74LS42 DAELT ● Nikolas Libert ● 15 Código Gray Código Gray  Sempre que há o incremento de uma unidade, apenas 1 bit muda de estado.  Código criado quando os circuitos digitais eram montados com válvulas. – Mudanças de estado em vários bits simultaneamente necessitavam de potência elevada e geravam ruído. – Nos contadores digitais Gray, apenas um bit mudava por vez, evitando problemas. DAELT ● Nikolas Libert ● 16 Código Gray  Tabela do Código Gray para número de 0 a 15. – No bit menos significativo, se repete o padrão 0-1-1-0. – No próximo bit mais significativo, cada elemento do mesmo padrão é duplicado, e assim sucessivamente. 0-0-1-1-1-1-0-0. Código Gray Código Gray 0 0 0 0 0 8 1 1 0 0 1 0 0 0 1 9 1 1 0 1 2 0 0 1 1 10 1 1 1 1 3 0 0 1 0 11 1 1 1 0 4 0 1 1 0 12 1 0 1 0 5 0 1 1 1 13 1 0 1 1 6 0 1 0 1 14 1 0 0 1 7 0 1 0 0 15 1 0 0 0 DAELT ● Nikolas Libert ● 17 Código Gray  O Código Gray ainda é muito utilizado em codificadores óticos. http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder – Leitura de posição em eixos de motores. – Sem Código Gray, o mau alinhamento dos sensores óticos geraria sinais espúrios na transição entre as seções dos discos. 101 110 100 110 100 111 101 111 011 000 001 011 010 001 000 010 Codificação Convencional Codificação Gray DAELT ● Nikolas Libert ● 18 Código Gray  Erro de alinhamento nos sensores óticos. – Entre a passagem da posição 5 para a posição 6, haverá uma leitura espúria indicando que o disco está na posição 7. Leitura: Leitura: Leitura: 0b101 = 5 0b111 = 7 0b110 = 6 DAELT ● Nikolas Libert ● 19 Código Gray  Exercício: – Monte a tabela de conversão de BCD para Gray. – Ache as funções mínimas para as 4 saídas. – Desenhe o circuito resultante. G3=A G2=A+B G1=B+C G0=C+D DAELT ● Nikolas Libert ● 20 Display de 7 Segmentos Display de 7 Segmentos  Formados por 7 LEDs: – Dois tipos: Anodo Comum ou Catodo Comum anodo a Ativado com nível baixo f b a b c d e f g g e c a b c d e f g Ativado com d nível alto catodo DAELT ● Nikolas Libert ● 21 Display de 7 Segmentos  A combinação de entradas ativas necessárias para formar um dígito pode ser considerada um código. Dígito Código 7 Segmentos Considerando a b c d e f g Catodo Comum: Nível 1 = Aceso 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 a 2 1 1 0 1 1 0 1 3 1 1 1 1 0 0 1 f b 4 0 1 1 0 0 1 1 g 5 1 0 1 1 0 1 1 6 1 0 1 1 1 1 1 e c 7 1 1 1 0 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 d 9 1 1 1 1 0 1 1 DAELT ● Nikolas Libert ● 22 Decodificador BCD8421/7 Segmentos Decodificador BCD8421/7 Segmentos C C C C Entrada Saída 1 0 1 1 B 1 1 1 1 B (BCD) (7 Segmentos) A A 0 1 1 1 1 0 1 0 3 2 1 0 a b c d e f g B B X X X X X X X X 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 A A 1 1 X X B 1 1 X X B 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 D D D D D D 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 a=A+C+BD+BD b=A+B+AD+CD 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 C C C C 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 B 1 0 1 1 B A A 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 B B 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 X X X X X X X X A A 8 1 1 X X B 1 1 X X B 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 D D D D D D 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 c=C+B+D d=A+BC+BD+CD+BCD ABCD DAELT ● Nikolas Libert ● 23 Decodificador BCD8421/7 Segmentos  Achando as funções para as 7 saída, é possível montar o circuito digital do decodificador. a = A+C+BD+BD b = A+B+AD+CD c = C+B+D d = A+BC+BD+CD+BCD e = BD+CD f = A+CD+BC+BD g = A+BC+BC+CD  CIs Dedicados – 74LS47 (Anodo Comum) – 74LS48 (Catodo Comum) DAELT ● Nikolas Libert ● 24 Exercício: Dado digital Exercício: Dado digital  5 LEDs serão utilizados para montar um dado digital  Os números serão representados conforme mostrado abaixo. Utilize a nomenclatura indicada para os LEDs. a b 0 1 2 c d e 3 4 5 DAELT ● Nikolas Libert ● 25 Exercício: Dado digital  Assim: – Monte a tabela que relaciona um número em BCD com os respectivos estados dos LEDs (considere que o valor de entrada só pode estar entre 0 e 5). – Ache as funções mínimas para cada LED de saída. – Desenhe o diagrama do circuito final. a=B+C b=B c=D d=B e=B+C DAELT ● Nikolas Libert ● 26 Referências  IDOETA, I. V., CAPUANO, F. G. Elementos de Eletrônica Digital, 41ª Edição, Érica, São Paulo, 2013. DAELT ● Nikolas Libert ● 27