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Codificadores e decodificadores APRESENTAÇÃO Desde o desenvolvimento dos primeiros circuitos elétricos em meados do século XIX, muito se desenvolveu no campo de sistemas eletrônicos. Durante muitos anos, a vasta maioria das aplicações em circuitos elétricos fazia uso de sinais analógicos, com exceção apenas dos sistemas computacionais, que apresentavam sinais digitais. Ou seja, existem apenas dois estados possíveis de tensão: um alto e um baixo. Com o passar do tempo, essa realidade mudou drasticamente. Isso se deve ao fato de que circuitos digitais apresentam diversas vantagens em comparação a sistemas analógicos. Essas vantagens são apresentadas na forma de dados digitais, que podem ser processados e transmitidos de modo mais eficiente em relação aos sinais analógicos. Outro benefício intrínseco aos sistemas digitais é sua facilidade de armazenamento. Em decorrência do desenvolvimento cada vez mais necessário de circuitos digitais, é fundamental que exista uma maneira de expressar os valores e os estados que são encontrados na natureza para uma representação binária ou digital. Dessa forma, se torna indiscutível o conhecimento do engenheiro eletricista no campo dos codificadores e decoficadores de sinal. Nesta Unidade de Aprendizagem, você irá ver os diferentes tipos de codificadores e decodificadores e irá aprender a interpretar seus respectivos circuitos lógicos. Além disso, irá desenvolver seu conhecimento a respeito das características dos sistemas digitais. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar codificadores e decodificadores.• Interpretar circuitos lógicos de codificadores e decodificadores.• Descrever as características dos sistemas digitais.• DESAFIO No desenvolvimento de sistemas digitais, é comum o emprego de displays de 7 segmentos. Esse componente torna simples a visualização de valores numéricos de base decimal. São incontáveis as aplicações que fazem uso dele, como as exibições de contagens de peças em determinados processos, de temperatura de fornos ou de tempo em relógios digitais. É de vital importância para o engenheiro eletricista o conhecimento de decodificadores digitais, de modo a transformar o sinal digital em uma leitura decimal. Você, como o engenheiro responsável pela parte de projetos na empresa em que trabalha, tem como novo desafio a construção de um contador de peças digital. Uma vez que o circuito que faz a contagem das peças trabalha com o código BCD, é interessante que haja uma maneira de os operados da linha visualizarem facilmente o valor do contador. Assim, a adoção de um decodificador BCD-display de 7 segmentos é a mais indicada. Para isso, você deve apresentar a tabela que realiza essa conversão e desenvolver o circuito lógico capaz de realizar essa decodificação. INFOGRÁFICO Para o desenvolvimento de circuitos digitais, é relevante a capacidade do engenheiro para usar as ferramentas de decodificação. Uma das mais comuns e com mais aplicações é o display de 7 segmentos. Neste Infográfico, aprenda o uso do display de 7 segmentos e entenda a necessidade de um decodificador com código BCD. CONTEÚDO DO LIVRO No decorrer das últimas décadas, houve um crescimento acelerado do uso de circuitos digitais. Muito se deve às vantagens dos sistemas digitais, como o processamento de dados de maneira mais eficiente ou a sua capacidade de armazenamento em relação aos sistemas que fazem uso de sinais analógicos. Com essa evolução de circuitos eletrônicos, é de fácil compreensão a necessidade de métodos para codificar um sinal analógico, de modo a melhorar o processamento dessa informação e seu armazenamento. Em contrapartida, são necessárias também ferramentas que possibilitam usar essas informações que estão digitalizadas, de modo a transformá-las em uma informação que possa ser utilizada de maneira facilitada pelo usuário do sistema. No capítulo Codificadores e decodificadores, da obra Circuitos digitais, veja os diferentes tipos de codificadores e decodificadores. Além disso, perceba a representação desses sistemas em circuitos lógicos e em tabelas-verdades. Conheça também os princípios de sistemas digitais e suas aplicações. Boa leitura. CIRCUITOS DIGITAIS Eduardo Scheffer Saraiva Codificadores e decodificadores Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Diferenciar codificadores e decodificadores. � Interpretar circuitos lógicos de codificadores e decodificadores. � Descrever as características dos sistemas digitais. Introdução Desde o surgimento de circuitos elétricos, muito se desenvolveu no campo de sistemas digitais, sobretudo pela facilidade de processamento dos sinais digitais em relação aos sinais analógicos, assim como pela eficiência do armazenamento. Hoje, esses sistemas podem ser encontrados em diversas aplicações, como sistemas de comunicação, instrumentação médica, controle de processos industriais, etc. A eletrônica digital consegue expressar grandezas que apresentam valores contínuos, ou seja, sinais analógicos, em sinais discretos, os quais, por sua vez, são normalmente representados como um valor alto ou valor baixo de tensão (FLOYD, 2007). A esse método de numeração com dois estados, dá-se o nome de binário, no qual os dígitos 0 e 1 são utiliza- dos para representar os estados do sistema (GONICK, 1984). Assim, para usar ferramentas digitais, partindo de um sinal analógico, é necessária a elaboração de métodos que convertam esses valores contínuos em valores discretos. O mesmo é válido para a utilização dessa informação posteriormente pelo usuário, exigindo-se uma forma de decodificar esse sinal discreto de volta para o contínuo. Neste capítulo, você aprenderá mais sobre essas importantes fer- ramentas — os codificadores e decodificadores de sinal — na área de eletrônica, além de conseguir interpretar o circuito lógico desses sistemas e descrever as peculiaridades dos sistemas digitais. 1 Circuitos codificadores e decodificadores Com o desenvolvimento de circuitos digitais, nos quais os estados das variáveis do sistema são expressos apenas em termos de duas possibilidades, a utilização do sistema com base numérica binária se torna essencial para a promoção de novas tecnologias. Há diferentes sistemas que empregam potências da base dois, como a representação octal e a hexadecimal, de importância indiscutível em aplicações como computadores e celulares. Porém, a comunicação entre homem e máquina ainda exige que possamos expressar grandezas e valores de modo que o usuário do sistema consiga interpretá-los, levando à necessidade de traduzir essas linguagens. Aos dispositivos capazes de fazer essa tradução, damos o nome de codificador e decodificador, como abordado a seguir. Codificadores Codificador é o nome dado a um circuito lógico que consegue receber um valor na entrada que represente um dígito, por exemplo, um dígito decimal, e convertê-lo para determinada codificação em sua saída, tal como o código BCD (binary-coded decimal). Existem diversas aplicações para esse tipo de circuito, como a codificação de símbolos e caracteres alfabéticos. O codificador mais comumente encontrado corresponde àquele que converte um valor decimal em seu respectivo valor binário, conhecido como código BCD, e, apesar de simples, é largamente utilizado (Quadro 1). Dígito decimal Código BCD A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 Quadro 1. Código BCD (Continua) Codificadores e decodificadores2 Dígito decimal Código BCD A3 A2 A1 A0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Quadro 1. Código BCD (Continuação) Esse tipo de codificador apresenta uma entrada para cada dígito decimal e uma saída para cada bit necessário à representação binária desse valor, como observado na Figura 1. Figura 1. Codificador decimal (BCD). 3Codificadorese decodificadores Outro tipo de codificador, também muito utilizado por suas propriedades, é o codificador de prioridade, que prioriza o dígito decimal mais significativo que estiver ativo na entrada, ignorando os demais sinais menos significativos. Isso oferece uma flexibilidade maior ao sistema e deverá ser usado em apli- cações que requerem a detecção de tais prioridades, uma estratégia que pode ser usada em conjunto com os demais codificadores estudados. Considere um codificador 4:2 dado pela seguinte tabela verdade: Entradas Saídas A3 A2 A1 A0 S1 S0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 Podemos observar que as entradas apresentam somente uma entrada ativa por linha, e você deverá se atentar para as saídas às quais a entrada estará ativa. Pela tabela, fica evidente que, para quaisquer dois valores de entrada ativos com exceção de “A0”, ao mesmo tempo teremos sempre uma saída “1 1”. Assim, torna-se impossível sabermos quais entradas estão ativas em determinado período. Há diversas maneiras para contornar esse problema, sendo a mais comum a utilização de codificadores de prioridade. A diferença principal consistirá na adição de “don’t care” na tabela verdade, ou seja, não nos importa esses valores na tabela verdade. Entradas Saídas A3 A2 A1 A0 S1 S0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 X 0 1 0 1 X X 1 0 1 X X X 1 1 Codificadores e decodificadores4 Desse modo, garantimos a prioridade no bit mais significativo da tabela, além de a adição de estados “don’t care” simplificar o desenvolvimento de circuito lógicos pelo mapa de Karnaugh. De maneira semelhante, o codificador BCD-excesso-3, também chamado de XS3, faz uso do código BCD, em que cada dígito decimal é representado pelo seu valor no código BCD com acréscimo de 3. Esse tipo de representação é utilizado para facilitar somas, além de apresentar complemento de 9, o que facilita na subtração (Quadro 2). Decimal BCD XS3 0 0000 0011 1 0001 0100 2 0010 0101 3 0011 0110 4 0100 0111 5 0101 1000 6 0110 1001 7 0111 1010 8 1000 1011 9 1001 1100 Quadro 2. Codificador BCD-excesso-3 Além das vantagens apresentadas, essa representação tem como caracte- rística principal o fato de ser complemento de 9, o que significa que, partindo das extremidades para o centro da tabela, os valores dos bits são invertidos. Por exemplo, 9 é complementar a 0, de modo que, ao invertermos o valor dos bits de 9, obtemos a representação XS3 para o valor 0, e assim por diante. Isso facilita no caso de subtração de valores nessa representação. 5Codificadores e decodificadores Muitas aplicações necessitam de métodos para garantir a segurança de codificações e a comunicação entre dispositivos, para as quais codificadores empregam o conceito de bit de paridade, o qual tem como função detectar erros entre a comparação dos sinais. O princípio é simples: cada grupo de bits dispõe de determinado número de 1s, que pode ser par ou ímpar; acres- centando um bit de paridade, podemos criar uma lógica que força o grupo de bits a apresentar um número de 1s sempre par ou sempre ímpar (Quadro 3). Então, a falha será verificada caso haja um número incorreto de 1s dentro da lógica adotada. Paridade Par Paridade Ímpar BCD 0 1 0000 1 0 0001 1 0 0010 0 1 0011 1 0 0100 0 1 0101 0 1 0110 1 0 0111 1 0 1000 0 1 1001 Quadro 3. Codificador de paridade O bit de paridade pode ser acrescentado ao início ou ao final do código, de acordo com o projeto do sistema. Observe que o número total de 1s, incluindo o bit de paridade, é sempre par para a paridade par e sempre ímpar para a paridade ímpar. Codificadores e decodificadores6 Quando surgiram os primeiros circuitos lógicos digitais que faziam uso de válvulas e dispositivos eletromecânicos, era comum a geração de ruído pela necessidade de altas potências para modificar o estado de um bit. Para circundar esse problema, o físico e pesquisador Frank Gray desenvolveu uma codificação que tem por característica principal a variação de apenas um bit para qualquer mudança no sistema (Quadro 4). Essa codificação não apresenta peso no valor do bit, ou seja, não há um bit de maior relevância que outro; assim, ele não é considerado um código aritmético. Essa propriedade é importante em muitas aplicações, como em codificadores de posição de eixo, nos quais a suscetibilidade a erros aumenta com o número de mudanças de bits entre números adjacentes em uma sequência. Decimal Binário Código Gray Decimal Binário Código Gray 0 0000 0000 8 1000 1100 1 0001 0001 9 1001 1101 2 0010 0011 10 1010 1111 3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010 5 0101 0111 13 1101 1011 6 0110 0101 14 1110 1001 7 0111 0100 15 1111 1000 Quadro 4. Codificador binário-Gray Decodificadores Um decodificador é o circuito contrário ao codificador, ou seja, trata-se do circuito que, dada uma combinação de bits em sua entrada, indica a utilização de determinado código por meio de determinado nível de saída previamente especificado. Em linhas gerais, o decodificador é o circuito capaz de receber 7Codificadores e decodificadores um número n de bits e decodificar essa informação para indicar uma ou mais combinações do n número de bits da entrada. Neste tópico, serão apre- sentados alguns dos decodificadores mais comumente utilizados, de modo que os fundamentos básicos poderão ser estendidos para os demais tipos de decodificadores eventualmente encontrados no desenvolvimento de projetos de sistemas digitais. Em geral, a nomenclatura dos decodificadores está associada ao número de bits da entrada para o número de bits da saída. Assim, para iniciarmos o estudo dos decodificadores, utilizaremos o decodificador 2:4, ou seja, um decodificador que recebe 2 bits na entrada e decodifica esse sinal para 4 pos- síveis valores de saída (Quadro 5). De forma similar, teremos o decodificador 3:8, decodificador 4:16, e assim por diante. A1 A0 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 Quadro 5. Decodificador 2:4 Todavia, há diferentes tipos de decodificadores, como o decodificador BCD/decimal, que converte os 4 bits presentes no código BCD para um dos possíveis valores decimais, sendo em geral chamado de decodificador 4:10. O método para implementar esse circuito seria o mesmo que o adotado para um decodificador 4:16, com a diferença de que só haverá 10 portas de saída, o que simplificará a tabela verdade, como apresentado no Quadro 6. Codificadores e decodificadores8 Dígito decimal Código BCD Função de decodificação A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 X X X X X 11 X X X X X 12 X X X X X 13 X X X X X 14 X X X X X 15 X X X X X Quadro 6. Decodificador BCD/Decimal ou 4:10 Certas aplicações exigem uma maneira de visualização rápida para a saída do sistema, situação em que muitas vezes se adota a utilização de displays de 7 segmentos. Esses displays são conhecidos por representarem informa- ções alfanuméricas para que sejam compreendidas facilmente pelo usuário. Existe um decodificador que usa essa ferramenta, no qual é decodificado o sinal de entrada BCD para a representação para o display de 7 segmentos, de 9Codificadores e decodificadores maneira a produzir uma leitura decimal. Ao contrário dos decodificadores apresentados até então, este decodificador apresentará uma saída para cada um dos 7 segmentos luminosos para que sua tabela verdade seja representada como mostrado no Quadro 7. Entrada BCD Saídas decodificador A3 A2 A1 A0 a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Quadro 7. Decodificador BCD/7 segmentos Até agora, introduzimos os principais tipos de codificadores e decodifica- dores utilizados nas mais diversas aplicações, para que você possa entender claramente a diferença entre os dois recursos. A seguir,objetiva-se que consiga interpretar as tabelas lógicas desses codificadores e decodificadores para implementar seus respectivos circuitos lógicos. 2 Interpretação de circuitos lógicos Os circuitos lógicos compõem os mais diversos dispositivos eletrônicos, como unidades lógicas aritméticas, memórias de computador, microprocessadores, etc. Independentemente da aplicação, todo circuito lógico é formado por portas lógicas, que, por sua vez, são implementadas pelo uso de diodos e transistores que atuam como pequenas chaves. Essas portas lógicas são idealizadas para implementar funções booleanas, ou seja, uma operação lógica executada Codificadores e decodificadores10 em uma ou mais entradas binárias produzirá uma única saída binária. Para aprofundar o seu conhecimento no que tange à elaboração de circuitos lógicos, consideremos o exemplo a seguir para um codificador e um decodificador. 1. Tenha em mente um problema de um projeto que deseja codificar os valores de um dado de 6 lados para uma codificação BCD. Assim, cada uma das laterais do dado pode ser representada por uma entrada no sistema e a saída será cada um dos bits necessários para representar esses valores. Desse modo, obtemos a seguinte tabela verdade: Entradas Saídas L6 L5 L4 L3 L2 L1 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 Podemos desenvolver o circuito por meio do mapa de Karnaugh ou pela análise da saída; como podemos observar na tabela, a saída S2 somente é ativa quando as entradas L6, L5 ou L4 estão ativas. Expandindo a análise para as demais saídas, temos o seguinte circuito lógico: 11Codificadores e decodificadores 2. Considere a tabela verdade para o decodificador 2:4 apresentada na tabela x. Para esse sistema, são apresentadas as entradas A1 e A0 com as saídas S3, S2, S1 e S0. Por meio da tabela verdade, obtemos os seguintes mapas de Karnaugh: Desse modo, fica claro que as equações para os circuitos lógicos são como as apre- sentadas a seguir: Assim, podemos esboçar o circuito lógico para esse sistema como: Codificadores e decodificadores12 Neste tópico, você pôde aprender mais sobre codificadores e decodificadores quanto à sua representação por meio de circuitos lógicos. Utilizando a tabela verdade e os mapas de Karnaugh, você conseguirá desenvolver e aplicar a metodologia para desenvolver qualquer codificador e decodificador de suas futuras aplicações. A seguir, introduziremos as principais características de sistemas digitais. 3 Sistemas digitais De máquinas que chegavam a ocupar salas inteiras (MCCARTNEY, 1999) até os smartphones que carregamos no bolso, muito se desenvolveu no ramo dos circuitos digitais. Concebidos originalmente por Gottfried Wilhelm Leibniz, os sistemas com números binários introduziam pela primeira vez os princípios da aritmética e da lógica de maneira unida. Após o surgimento do transistor no ano de 1947 (BRINKMAN; HAGGAN; TROUTMAN, 1997), circuitos puramente eletrônicos passaram a substituir seus equivalentes mecânicos e eletromecânicos do mesmo modo que o uso de sistemas discretos pode subs- tituir o emprego de sistemas analógicos. Em 1958, surgiu o primeiro circuito integrado (GROCHOWSKI et al., 1997), quando, pelo uso de novas técnicas para a síntese do circuito, foi possível integrar os circuitos cada vez mais complexos em uma pequena placa de material semicondutor, de fabricação rápida e de baixíssimo custo. A principal diferença entre os circuitos digitais e os analógicos consiste na capacidade do circuito digital de representar sinais de maneira discreta (Figura 2). Em uma grande parte dos circuitos digitais, o sinal pode ter dois valores possíveis — sinal binário ou sinal lógico — representados por dois valores de tensão: um próximo a um valor de referência e o outro a um valor próximo à tensão de alimentação. Como eles correspondem aos dois valores “zero” e “um”, um sinal binário representa um dígito binário (bit). 13Codificadores e decodificadores Figura 2. Digitalização de um sinal contínuo senoidal. (a) Onda senoidal. (b) Amostragem da onda senoidal. (c) Quantização das amostras para 4 bits. Fonte: Adaptada de Fouad A. Saad/Shutterstock.com. 1,00 0,75 0,50 0,25 0 –0,25 –0,50 –0,75 –1,00 (a) (b) (c) Sistemas digitais apresentam grandes vantagens em relação ao uso de sinais de analógicos, já que podem ser transmitidos sem perdas por ruídos. Representações mais precisas de um sinal podem ser obtidas pelo aumento no número de bits utilizados para representar esse sinal, o que exigiria mais circuitos digitais para o processamento de determinado sinal, porém sem a necessidade de aumento na complexidade do hardware, o que, muitas vezes, aconteceria em aplicações com sistemas analógicos. O armazenamento de informações também é facilitado em sistemas digitais em relação aos analógicos, visto que, muitas vezes, os sistemas digitais são menos suscetíveis a ruídos, possibilitando um armazenamento dos dados sem o receio de que sejam degradados. Além disso, caso haja um ruído signifi- cativo, o uso de redundâncias permite a recuperação dos dados originais de modo a garantir a integridade da informação. Já para circuitos analógicos, isso não é válido, pois estão mais suscetíveis a ruídos e ao desgaste dos dados armazenados. Se quiser saber mais a respeito de lógicas que não se baseiam em modelos binários, pesquise pelo termo “lógica multivalorada” na internet ou leia obras relevantes na área, como An introduction to many-valued and fuzzy logic: semantics, algebras, and derivation systems, de Bergmann (2008), e Many-valued logics, de Gottwald (2005). Codificadores e decodificadores14 Muitos sistemas digitais úteis devem converter sinais analógicos contínuos em sinais digitais discretos. Ao processo de mapear um sinal de um conjunto grande (geralmente contínuo) para uma representação em um conjunto menor (discreta), dá-se o nome de quantização. Arredondamento e truncamento são exemplos típicos de processos de quantização, que está envolvida em algum grau em quase todo processamento do sinal digital, pois o processo de representar um sinal na forma digital normalmente inclui arredondamentos. A quantização também forma o núcleo de todos os algoritmos de compressão com perdas. Agora, você pode estar se perguntando: tais arredondamentos e truncamen- tos durante o processo de quantização podem gerar erros na representação do sinal? De fato, pode haver erros em virtude dos arredondamentos utilizados, fenômeno a que se dá o nome de erro de quantização e que pode ser reduzido se o sistema armazenar dados digitais suficientes para representar o sinal no grau de fidelidade desejado. O teorema da amostragem de Nyquist-Shannon (NYQUIST, 1928) fornece uma orientação importante sobre a quantidade de dados digitais necessários para retratar com precisão determinado sinal analógico. Neste capítulo, abordamos sistemas digitais, como são gerados sinais di- gitais e suas possíveis implicações, e descobrimos juntos a necessidade de ferramentas capazes de codificar e decodificar uma representação em uma linguagem conhecida para uma base que possa ser mais facilmente trabalhada por circuitos lógicos. BRINKMAN, W. F.; HAGGAN, D. E.; TROUTMAN, W. W. A history of the invention of the transistor and where it will lead us. IEEE Journal of Solid-State Circuits, [s. l.], v. 32, n. 12, p. 1858–1865, 1997. FLOYD, T. Sistemas digitais: fundamentos e aplicações. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. GONICK, L. Introdução ilustrada à computação. São Paulo: Harper & Row do Brasil, 1984. GROCHOWSKI, A. et al. Integrated circuit testing for quality assurance in manufacturing: history, current status, and future trends. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, [s. l.], v. 44, n. 8, p. 610–633, 1997. MCCARTNEY, S. Eniac: the triumphs and tragedies of the world's first computer. New York: Walker and Company,1999. 15Codificadores e decodificadores Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun- cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. NYQUIST, H. Certain topics in telegraph transmission theory. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, [s. l.], v. 47, n. 2, p. 617–644, 1928. Leituras recomendadas BERGMANN, M. An introductionto many-valued and fuzzy logic: semantics, álgebras, and derivation systems. Cambridge: Cambridge University, 2008. GOTTWALD, S. Many-valued logics. 2005. Disponível em: https://www.informatik. uni-augsburg.de/lehrstuehle/dbis/pmi/lectures/vorhergehende_semester/ws1213/ Sammler/Many-Valued_Logics_Gottwald-05.pdf. Acesso em: 21 jun. 2020. KNUTH, D. E. Art of computer programming. 3rd ed. Boston: Addison-Wesley, 2014. (Seminumerical Algorithms, v. 2). Codificadores e decodificadores16 DICA DO PROFESSOR Codificadores são dispositivos de altíssima relevância nas aplicações de sistemas digitais. Esses dispositivos são responsáveis pela tradução da linguagem usual utilizada para uma codificação na base binária. Por essa razão, é imprescindível o conhecimento do engenheiro a respeito dos tipos de codificadores e as codificações existentes. O codificador decimal/BCD é um dos mais utilizados em aplicações e projetos de circuitos digitais. Além disso, é uma excelente porta de entrada para o entendimento do funcionamento dos demais codificadores. Nesta Dica do Professor, conheça mais sobre esse codificador e elabore um projeto do circuito lógico para seu codificador decimal/BCD. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! EXERCÍCIOS 1) A decodificação de sinais é parte fundamental para o entendimento rápido do que está passando em um determinado processo pelo usuário do sistema. Dessa forma, determine a lógica necessária para decodificar o número binário 1.100, produzindo um nível alto na saída. Apresente o circuito lógico que efetua essa decodificação. A) B) C) D) E) 2) A utilização de displays de 7 segmentos é de vital importância em diversas aplicações diferentes. Compreender e interpretar decodificadores para essa aplicação se torna imprescindível no dia a dia do engenheiro. Assim, dado um decodificador BCD- display de 7 segmentos ativado com nível alto, indique as saídas e o valor decimal que aparecerão no display, caso as seguintes entradas sejam utilizadas: 1 - 0011; 2 - 1000; 3 - 0000. A) B) C) D) E) A conversão de uma linguagem para outra é importantíssima para a eficiência dos sistemas digitais. Determinados códigos apresentam resultados mais satisfatórios para determinadas aplicações. Considere a tabela a seguir, que converte o valor em código BCD para código Gray. 3) Qual o circuito responsável por essa conversão? A) B) C) D) E) 4) Diferentes aplicações necessitam de soluções diversificadas. Estar atento aos diferentes tipos de codificadores e decodificadores é essencial para o desenvolvimento eficiente de circuitos digitais. Dessa forma, aponte qual a tabela-verdade para um codificador 6:3, ou seja, um codificador que apresenta 6 entradas e 3 saídas em código BCD. A) B) C) D) E) 5) Muitos sistemas digitais úteis devem converter sinais analógicos contínuos em sinais digitais discretos. Para que isso seja possivel, é necessário realizar uma quantização desse sinal, o que pode ocasionar erros de tal processo. Qual a maneira correta de lidar com esse problema? A) A melhor maneira é ignorar esse erro, uma vez que ele não causa grandes problemas à conversão do sinal analógico para o sinal digital. B) O erro de quantização pode ser reduzido por meio da diminuição do número de bits utilizados para representar um sinal analógico, melhorando, assim, a capacidade de processamento do dispositivo. C) O erro de quantização não pode ser reduzido, de forma que se deve encontrar sistemas analógicos que sejam capazes de ser convertidos sem a ocorrência desse erro. D) O erro de quantização pode ser reduzido se o sistema armazenar dados digitais suficientes para representar o sinal no grau de fidelidade desejado. E) O erro de quantização pode ser resolvido por meio de pequenas conversões do sinal analógico para o digital, melhorando, assim, a capacidade de processamento. NA PRÁTICA No cotidiano do engenheiro eletricista, muitos projetos serão apresentados ao profissional. Por isso, é necessário o conhecimento do engenheiro sobre quais ferramentas são as mais eficientes para resolver determinado problema. Neste Na Prática, veja como Giovani, engenheiro eletricista responsável pelo desenvolvimento de projetos em uma empresa de segurança, usa codificadores digitais para desenvolver uma tranca ativada por senha. SAIBA + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja as sugestões do professor: Circuitos lógicos - aula 09 - blocos básicos: codificadores, decodificadores, multiplexadores Neste vídeo, aprofunde seus conhecimentos em codificadores e decodificadores digitais e suas principais características com os exemplos apresentados. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Circuitos lógicos combinacionais: codificadores e decodificadores Leia, neste artigo, um apanhado geral sobre codificadores e decodificares e suas aplicações. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Desenvolvimento em linguagem de descrição de hardware de codificador e decodificador Reed-Solomon Leia, nesta dissertação, como o autor mostra o desenvolvimento de um codificador e decodificador com técnicas do estado da arte e sua aplicação, por meio de um hardware reconfigurável. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
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