Básicamente, un Decodificador es un circuito lógico combinacional que convierte una entrada codificada en una salida codificada (si son diferentes entre sí). Decodificador de nombres significa convertir información codificada de un formato a otro. Por lo tanto, el código de entrada normalmente tiene menos bits que la palabra de código de salida.
Un decodificador digital convierte un conjunto de señales digitales en un código decimal correspondiente. Los decodificadores también son los circuitos más utilizados antes de utilizar los codificadores. Los datos codificados se codifican mediante un codificador y luego se decodifican para la interfaz de usuario de la mayoría de los dispositivos de salida, como monitores, pantallas de calculadoras e impresoras. En este artículo, aprenderemos sobre los diferentes tipos de decodificadores binarios.
Tabla de contenido
decodificador binario
Un decodificador binario es un circuito combinacional de múltiples entradas y múltiples salidas que convierte el código binario de n líneas de entrada en uno de 2n códigos de salida. Se utilizan cuando solo una de las 2n salidas necesita estar activa en función de un valor de entrada de n bits.
La siguiente figura muestra la estructura general de un decodificador binario, donde la información codificada se acepta en n líneas de entrada y la salida se produce en 2n líneas de salida posibles.
Normalmente, un decodificador está provisto de una entrada de habilitación para activar la salida decodificada en función de la entrada de datos. Por ejemplo, en código BCD, la combinación de 4 bits del 0000 al 1001 es suficiente para representar números decimales del 0 al 9.
Dependiendo del número de líneas de entrada, la entrada del código binario puede ser un código de 2 bits, un código de 3 bits o un código de 4 bits. Cuando hay 2n líneas disponibles, activa una de las salidas desactivando (llevando a 0 lógico) todas las demás entradas cada vez que se reciben n entradas.
Normalmente, la cantidad de bits en el código de salida es mayor que la cantidad de bits en el código de entrada. Los decodificadores binarios prácticos más utilizados son los decodificadores de 2 a 4, los decodificadores de 3 a 8 y los decodificadores binarios de 4 a 16 líneas.
Decodificador binario 2 a 4
Un decodificador binario de 2 a 4 decodifica dos entradas en cuatro salidas, por lo que consta de dos líneas de entrada y cuatro líneas de salida. Sólo una salida está activa en cualquier momento, mientras que las otras salidas se mantienen en 0 lógico, y las dos entradas binarias A y B determinan qué salidas están activas o se mantienen altas.
La siguiente figura muestra la tabla de verdad para un decodificador de 2 a 4. Para una entrada determinada, si la entrada de habilitación EN está activa en Alto (EN = 1), las salidas Y0 a Y3 están activas en Alto. Cuando las entradas A y B son bajas (o A= B= 0), la salida Y0 está activa o alta y todas las demás salidas son bajas.
Si A = 0 y B = 1, la salida Y1 está activa; si A = 1 y B = 0, la salida Y2 está activa. Si ambas entradas son Altas, la salida Y3 será Alta. Si el bit de habilitación es 0, todas las salidas se establecen en 0. Esta relación entrada-salida se muestra claramente en la siguiente tabla de verdad.
De la tabla de verdad anterior, podemos obtener la expresión booleana para cada salida de la siguiente manera:
Estas expresiones se pueden implementar utilizando puertas lógicas básicas. Por lo tanto, a continuación se muestra el diseño del circuito lógico de un decodificador de 2 a 4 líneas implementado utilizando las puertas NOT y AND. Dos compuertas NOT o inversores proporcionan el complemento de las entradas.
Se conecta una línea de habilitación común a cada puerta AND de modo que cuando EN= 0 todas las salidas sean cero y cuando EN=1 las salidas se generen dependiendo de las entradas A y B. Cada salida representa uno de los términos mínimos de las dos variables de entrada.
También puede diseñar un decodificador de 2 a 4 utilizando puertas NAND, como se muestra en la figura y la tabla de verdad a continuación. Se basa en el principio del plazo máximo de producción. Para generar un minterm, necesitamos usar una puerta NAND que actúa como inversor. Si ambas entradas son cero (A = B = 0), Y0 es cero, y si A = 0 y B = 1, Y1 es 1.
Por lo tanto, en un momento dado, sólo una salida para una combinación de entradas será baja y todas las demás salidas serán altas. Este tipo de decodificador está disponible en formato IC, por lo que también puede crear decodificadores 3-8, 4-16 y 5-32 según los requisitos de su aplicación.
Decodificador de 3 a 8
Un decodificador de 3 a 8 decodifica tres entradas en ocho salidas. Tiene tres entradas, A, B y C, y ocho salidas, Y0 a Y7. Sólo se selecciona una de las ocho salidas en función de la combinación de tres entradas.
La siguiente figura muestra la tabla de verdad para un decodificador de 3 a 8. Se proporciona una entrada de habilitación para activar la salida decodificada dependiendo de la combinación de entradas A, B, C. Suponga que la salida Y6 es 1 y todas las demás salidas son 0 si A = B=1 y C= 0. Por lo tanto, de la tabla de verdad, los minitérminos representan cada ecuación de salida, dada por:
Usando la ecuación mínima anterior para cada salida, se puede implementar un circuito decodificador de 3 a 8 usando 3 puertas NOT y 8 puertas AND. Cada puerta NOT proporciona el complemento de su entrada y la puerta AND produce uno de los minitérminos.
Además, al habilitar la entrada se activa la salida decodificada dependiendo de los datos de entrada. El diagrama lógico de este decodificador se muestra a continuación.
Este decodificador también se denomina decodificador 1 de 8 porque para una combinación determinada de entradas, sólo una de las ocho salidas está alta en un momento dado. Supongamos que cuando ABC = 011, sólo la puerta AND 4 tiene todas sus entradas altas, por lo que Y3 sube.
Además, un número binario de 3 bits en la entrada se convierte en 8 dígitos (equivalente al sistema octal) en la salida.También llamado decodificador binario a octal.
También puedes expresar cada ecuación de salida usando un término máximo. En este caso, el circuito lógico realiza más operaciones de inversión que el circuito minterm. La siguiente figura muestra la tabla de verdad para un decodificador de 3 a 8 líneas que utiliza puertas NAND. Cada resultado de la tabla muestra la representación máxima del término.
En un momento dado, sólo una salida está baja y todas las demás salidas están altas. Por ejemplo, si A=B= 1 y C=0, la salida Y6 será cero y todas las demás salidas serán altas, como se muestra en la siguiente figura.
Según la tabla anterior, el decodificador de 3 a 8 líneas está diseñado utilizando 3 puertas NAND y 3 puertas NOT. Como se muestra en la figura siguiente, la puerta NOT produce el complemento de su entrada y la puerta NAND produce el término máximo de cada salida.
decodificador de 4 a 16
Un decodificador de 4 a 16 consta de 4 entradas y 16 salidas. Como todos los decodificadores descritos anteriormente, este decodificador solo tiene una salida baja en un momento dado y todas las demás salidas altas (usando maxterms).
A continuación se muestra la tabla de verdad para este tipo de decodificador. Si la entrada a este decodificador es 1000, la salida Y8 será Baja y todas las demás salidas serán Altas, como se muestra en la figura. Esto es cierto para todas las combinaciones de entradas.
De la tabla de verdad anterior, se puede implementar un decodificador de 4 a 16 utilizando 4 puertas NOT y 16 puertas NAND de decodificación. Para decodificar todas las combinaciones posibles de entradas de 4 bits, se requieren 16 (24 = 16) puertas de decodificación.
Es importante tener en cuenta que este circuito implementa todas las puertas NAND y produce una salida baja activa como se muestra.
Estos decodificadores también se denominan decodificadores 1 de 16 porque seleccionan una de 16 salidas en función de una combinación particular de entradas. Su salida también representa 16 dígitos en hexadecimal, y este tipo de decodificador también se denomina decodificador de binario a hexadecimal.
Puede utilizar la entrada de habilitación del decodificador para combinar o conectar en cascada dos o más decodificadores para producir un decodificador con más bits de entrada. La combinación en cascada de dos decodificadores de 3 a 8 líneas se muestra en la siguiente figura. Consta de cuatro entradas A, B, C y habilitación E y 16 salidas Y0 a Y7.
Una de las variables de entrada se utiliza como entrada de habilitación del primer decodificador de 3 a 4, y esta misma entrada se complementa y conecta como entrada de habilitación del segundo decodificador. La variable de entrada de nivel superior determina qué decodificador está habilitado y se proporcionan otras variables de entrada a cada decodificador.
Si la entrada de habilitación es cero, el decodificador superior está habilitado y los demás decodificadores están deshabilitados. Las ocho salidas del decodificador superior producen entonces los mintérminos 0000 a 0111. De manera similar, si enable es 1, el decodificador inferior está habilitado y el decodificador superior está deshabilitado. Entonces, la salida del decodificador inferior produce minterms de 1000 a 1111.
Ejemplo de aplicación de decodificador
Los decodificadores se utilizan a menudo en aplicaciones donde una salida específica o un grupo de salidas se activa solo cuando ocurre una combinación específica de niveles de entrada. A menudo, estos niveles de entrada los proporcionan registros o salidas de contador.
Cuando un contador o registro pulsa continuamente la entrada del decodificador, las salidas se activan en secuencia. Estas salidas se pueden utilizar como señales de secuencia o temporización para cambiar dispositivos en momentos específicos.
decodificador binario a decimal
Se utiliza un decodificador para obtener el número decimal correspondiente a una combinación particular de entradas. Un número BCD consta de cuatro líneas de entrada porque se requieren cuatro dígitos binarios para representar un número decimal del 0 al 9. Consta de 10 líneas de salida correspondientes a dígitos decimales del 0 al 9. t
Este tipo de decodificador también se denomina decodificador de 1 a 10. Para una combinación de entradas determinada, se activa la salida correspondiente al equivalente decimal de la combinación de entradas.
decodificador de direcciones
Entre sus muchos usos, los decodificadores se utilizan ampliamente para decodificar ubicaciones de memoria específicas dentro de un sistema de memoria de computadora. El decodificador acepta un código de dirección generado por la CPU, que es una combinación de bits de dirección para una ubicación específica en la memoria.
En un sistema de memoria, se combinan varios CI de memoria y cada CI de memoria tiene una dirección única para distinguirlo de otras ubicaciones de memoria.
En tales casos, se utiliza un decodificador integrado en el circuito IC de memoria para seleccionar el IC de memoria de acuerdo con el rango de direcciones decodificando los bits más significativos de la dirección del sistema, seleccionando así una ubicación de memoria o IC específico.
Los sistemas de memoria más complejos tienen circuitos integrados o chips de memoria dispuestos en múltiples bancos. Si el microprocesador quiere acceder a más de un byte a la vez, deberá seleccionar estos bancos de forma simultánea o individual.
En tales casos, se deben activar varios decodificadores. Para hacer esto, se utilizan decodificadores en cascada o, más comúnmente, los decodificadores se reemplazan por dispositivos lógicos programables.
decodificador de instrucciones
Otro uso de los decodificadores es en unidades de control de unidades centrales de procesamiento. Este decodificador se utiliza para decodificar instrucciones de programas para activar líneas de control específicas para realizar diversas operaciones en la ALU de la CPU.