codificador e decodificador

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Relatório de Pesquisa
Codificador e Decodificador
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Código Binário
Antes de falarmos sobre codificadores e decodificadores, achamos importante fazer um resuminho sobre alguns códigos binários (os principais).
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BCD 8421
Esse método de codificação binária é muito simples. BCD significa Binary Coded Decimal, ou seja, decimal codificado em binário. Para codificar um decimal em BCD 8421, você substitui cada algarismo decimal por seu equivalente binário.Ex:
123 (decimal) = 0001 0010 0011 (bcd8421)
OBS: Um número codificar um número em BCD8421 NÃO é a mesma coisa que convertê-lo para binário.
123 (decimal) = 1111011 (binário)
Tabela comparativa entre decimal e BCD8421
Excesso-3 (XS-3)
Semelhante ao BCD8421, mas ao invés de transformar em binário o algarismo decimal, o (algarismo+3) é que será transformado para binário. Ex:
123 (decimal) = 0100 0101 0110 (xs3)
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Código de Gray
Preenchendo um mapa de Karnaugh de 4 variáveis, temos uma sequencia binária.
Seguindo essa sequencia e ordenando seus respectivos números decimais.
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De 5 bits, 2 são “1″. Você perceberá que isso é uma combinação.
ou seja, teremos 10 combinações.
Códigos de 5 bits
2 de 5 (2/5)
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Agora que vimos os principais códigos binários , podemos começar a falar sobre codificador e decodificador.
Há classes de circuitos lógicos combinacionais que são muito utilizados. Em face disto, os fabricantes encapsularam tais circuitos e os vendem na forma de circuitos integrados (CI). Assim ocorre com Multiplexador (Mux), Demultiplexador (Demux), Codificador (Coder), Decodificador (Decoder), e outros. 
Um Codificador é um circuito que transforma uma entrada (de codificação conhecida) em uma saída de Codificação desconhecida. O Decodificador já faz o contrário. Transforma um código desconhecido em um conhecido.
Na questão de análise, o Codificador e o Decodificador são a mesma coisa, mas têm função diferente. 
Codificador e Decodificador
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Circuito
Combinacionais
Codificadores
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Possui várias linhas de entrada e apenas uma linha de entrada é ativada em determinado instante e produz um código de saída de N-bits, que corresponde a linha de entrada ativada.
Codificador de M-para-N(M entradas e N saídas)
Codificadores
Figura 1
Codificador Octal-para-Binário 
O circuito tem oito linhas de entrada e produz um código de saída de 3-bits, correspondente à linha ativa na entrada.
Tabela Verdade
Circuito Lógico 
A entrada A0 não é conectada a qualquer porta porque as saídas O2O1O0 estão no nível baixo quando nenhuma linha de entrada de A1-A7 está alta.
 
Figura 2
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Nove linhas de entrada ativas BAIXAS representam os números decimais de 1 a  9.
Saída é o código BCD invertido, correspondente à entrada de maior prioridade.
Caso as todas as entradas estejam inativas(ALTAS), então as saídas estão todas ALTAS ( 0 em BCD).As saídas ficam normalmente ALTAS quando nenhuma entrada está ATIVA.
Codificador com Prioridade
Uma lógica assegura que quando duas ou mais entradas são ativas simultaneamente, o código de saída corresponderá à entrada de maior prioridade.
Codificador com Prioridade Decimal-para-BCD 74LS147
Símbolo Lógico
IEEE/ANSI 
Tabela Verdade 
Figura 3
Circuito Lógico 
Figura 5
Figura 4
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Estrutura em Árvore
Os codificadores podem ser cascateados para realizar aplicações de codificação binária que não podem ser executadas por somente um CI. No caso específico do codificador com prioridade 74LS148, a entrada de habilitação EI, e a saída de habilitação EO, são projetadas para aplicações de codificação com cascateamento.Quando o sinal HABILITA for H, todo o sistema está desabilitado e todas as saídas são H.Quando o sistema estiver habilitado, o endereço de saída indica a linha de entrada de mais alta prioridade que estiver baixa. A entrada I15 tem a mais alta prioridade e, se I15=L, então as saídas estão todas baixas, independente das outras entradas serem baixas.O esquema pode ser expandido para quantos codificadores sejam necessários 
Figura 6
Codificador de Chaves 
Com todas as chaves abertas(OFF), então todas as entradas estão ALTAS e as saídas estão em 0000. Se qualquer chave estiver fechada , então a entrada correspondente está BAIXA e as saídas assumem o valor do código BCD do número da chave. O CI codificador 74147 tem prioridade, assim o circuito codificador de chaves também terá prioridade, então a saída ativa corresponderá à chave de maior prioridade fechada. 
Figura 7
Aplicações de Codificadores
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Frequentemente, a informação disponível em forma codificada deve ser traduzida para um código diferente.Um circuito lógico que realiza esta tradução é chamado conversor de código.Os circuitos integrados conversores de códigos são chamados também de decodificadores pela indústria.Um conversor de código pode ser construído ligando um decodificador e um codificador em cascata, como mostra a Fig.8 abaixo
Conversores de Códigos
Na entrada do decodificador um arranjo particular de bits(palavra de código) A0A1...Am-1 ativa  uma determinada linha Zi na saída do decodificador.A linha Zi selecionada está presente na entrada do codificador e provocará o aparecimento de outro arranjo de bits, uma palavra dec código, na saída do codificador. O número máximo de palavras de saída é 2m, porém o número de bits na palavra código de saída não tem qualquer relação com o número de bits da palavra código na entrada do decodificador. Circuitos integrados conversores de códigos são fabricados para simplificar os projetos de circuitos lógicos combinacionais para as aplicações mais comuns de conversão de códigos.Entre diversas aplicações, as conversões de códigos mais comuns incluem BCD  para 7-SEGMENTOS, BCD para binário, binário para BCD, BCD para complemento de dez.
Figura 8
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Uma da maneiras mais usadas para mostrar dados numéricos e alfanuméricos  em eletrônica digital usa um 'display de 7-segmentos' constituído por um arranjo de diodos emissores de luz(LEDs), um diodo para cada segmento.
Os diodos no arranjo podem ser conectados como cátodo-comum(common-cathode) ou
 anôdo-comum(common-anode), como mostra a Fig.9. No 'display' cátodo-comum todos os cátodos dos diodos são conectados a 0V ou a terra.Os segmentos individuais são acesos aplicando-se uma tensão positiva no anôdo do diodo do segmento desejado.Para o 'display' anôdo-comum, todos os anôdos são curto-circuitados e ligados em Vcc, em geral 5V. Então, um segmento individual pode ser aceso pela aplicação de 0V no cátodo do diodo do segmento selecionado.
Figura 9
Conversão BCD-7-Segmentos
Os CIs conversores de códigos(também conhecidos como CIs decodificador/driver para 'display' de 7 segmentos) mais comuns são os CIs 7446, 7447, 7448 e 74LS49.Os CIs 7446 e 7447 são projetados para acionar 'display' LED anôdo-comum pois têm saídas ativas BAIXAS.O 7448 e 7449 acionam 'display' LED cátodo-comum, desde que suas saídas são ativas ALTAS.O 74LS49 apresenta saída do tipo coletor aberto então requer resistor de 'pull-up' para funcionar adequadamente.A variedade de conversores de códigos possibilita a escolha de determinado CI para aplicações específicas.O 7446 tem a maior corrente e tensão, 40mA e 30V, de saídas.O 7447 apresenta 40mA e 15V e o 7448 tem a menor capacidade de corrente e tensão, 6,4mA e 5.5V.
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Conversor de Código BCD-7-Segmentos SN74LS47
Símbolo Lógico(IEEE/ANSI) 
Diagrama Lógico 
O CI SN74LS47 é um conversor de BCD-7-Segmentos com saídas ativas BAIXAS para acionar LEDs de anôdo-comum ou 'display' incandescentes diretamente.Incorpora controle automático de apagar, piscar e teste de lâmpadas.Tem uma entrada de para controlar a intensidade de brilho dos LEDs através de pulsação ou inibição das saídas.Todas as entradas e saídas são compatíveis com TTL. 
Figura 10
Figura 12
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As quatro entradas BCD permitem 16 combinações diferentes de entrada. Códigos BCD inválidos mostram no 'display' caracteres
especiais para verificar o código de entrada, conforme a tabela verdade abaixo.As entradas do SN74LS47   são as seguintes:
BLANKING INPUT - apaga todo os segmentos do 'display', isto é, apaga o 'display'
RIPPLE BLANKING INPUT - apaga os 0s que estão à esquerda ou a direita de um número mostrado em 'displays' de vários dígitos; funciona em conjunto com a saída RIPPLE BLANKING OUTPUT  para controlar o 'display' dependendo dos valores adjacentes.
LAMP TEST - usado para testar os segmentos LED dos 'displays'.
Figura 12 (Notas 1,2,3,4)
Tabela Verdade 
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A aplicação da Fig.12 mostra todas as entradas para condições de operação normal do SN74LS47 quando todos os códigos de entrada devem ser mostrados no 'display'.Os resistores limitadores de corrente de 330ohm são colocados em série entre as saídas dos CI e as entradas do 'display' LED para impedir que os segmentos sejam queimados.
Quando a saída do SN74LS47 está BAIXA, o LED fica diretamente polarizado e acende(brilha).Neste instante, a tensão de alimentação é igual a queda de tensão no resistor limitador de corrente mais a queda de tensão no LED.A corrente no diodo LED é igual no resistor limitador 
Figura 13
Figura 14
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Não entendi nada!!!!!
Suponha que você vá fazer um lanche numa filial do McDonald's (sem querer fazer propaganda!). No drive-thru (local onde você pega seu lanche sem sair do carro) você tem um mísero teclado para escolher seu lanche:
Calma!Calma! Resumindo o codificador é um circuito lógico que, como o próprio nome o diz, codifica um sinal que se encontra em uma forma para outra forma, usando um tipo de código. 
Estrutura: Ele contém E entradas e S saídas. Seu uso correto se dá quando no máximo uma entrada tem o valor 1, ou alto (As demais, portanto, serão 0, ou baixo). O trabalho do codificador é transformar o valor de entrada no valor de saída. O valor de entrada indica qual dos pinos de entrada está na posição 1. O valor de saída também indica qual dos pinos de entrada está na posição 1, mas de uma maneira diferente. Sim, porque existem diversas maneiras de representar um mesmo valor.
Vejamos isto com um exemplo: 
Figura 15
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Os cozinheiros que fazem seu lanche precisam saber qual é a sua opção. Uma solução para a comunicação entre você e os cozinheiros, seria esta:
Observe que, para transmitir a sua opção, foram usados 4 fios elétricos (vermelhos). Como só existem 4 opções possíveis (Lanches 1,2,3 e 4), é possível representar a escolha com dois dígitos binários (pois 2 dígitos binários podem representar 4 valores diferentes). Deste modo, numa segunda solução para transmitir a opção escolhida, vai ser necessário apenas 2 fios vermelhos. A correspondência entre os dígitos binários e a escolha está na tabela abaixo: 
Figura 16
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O nosso problema agora é transformar o impulso elétrico dos botões nos dígitos binários. E depois, lá na cozinha, transformar estes dígitos binários em impulsos para os leds. Os circuitos que fazem estas transformações são, respectivamente, o codificador e decodificador. O circuito da segunda solução é o seguinte: 
Portanto, o codificador transforma um valor em seu valor codificado, que no nosso exemplo é transformar a escolha (L1,L2,L3,L4) em dígitos binários(DB1, DB2). O nosso codificador é o seguinte (tendo em vista que existem várias configurações para um codificador): 
Figura 17
Como se vê, não é necessário que haja uma relação entre o número de entradas e de saidas em um codificador. No exemplo utilizado, temos 10 entradas e 4 saidas. Há diversas utilizações para o par Coder/Decoder. Para aproveitar a oportunidade de um primeiro exemplo, veja a Fig. 3.16-1a do livro texto: a tabela-verdade de um codificador com 4 entradas e 8 saidas. Poderia ir até 16 saidas, mas só foram utilizadas 8. 
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Circuito Combinacionais
Decodificador
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Circuito cujas entradas representam um número binário(código) e ativa apenas a saída correspondente ao número(código) na entrada. Todas as outras saídas permanecem inativas. O decodificador pode detectar um código e ativar um único sinal de saída na presença desse código. O código, que é o endereço da saída a ser ativada, pode ser apresentado ao decodificador como a saída de outro circuito lógico, tais como endereços de um microprocessador, ou de chaves e contatos.
Figura 1
Alguns códigos não utilizam as 2n combinações de entrada, como o código BCD, neste caso, quando um código inválido aparece na entrada, então nenhuma linha de saída é ativada. Um decodificador é identificado pelo número de entradas de seleção para as saídas decodificadas, ou pelo número de entradas de seleção. Um decodificador com n entradas de seleção pode endereçar 2n saídas.
Decodificador 
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Decodificador 8-para-1(binário-para-octal)
Tabela Verdade 
Circuito Lógico 
Figura 2
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Características: Todas as saídas são ativas BAIXAS, mutuamente excludentes. Três entradas de HABILITAÇÃO G1, G2A, G2B, duas entradas G2A, G2B ativas BAIXAS e uma entrada G1 ativa ALTA. Três entradas de endereços A, B, C que fornecem, quando habilitado, 8 saídas ativas BAIXAS, mutuamente excludentes, Y0 até Y7.
Circuito Lógico 
Figura 5
Circuito Integrado Decodificador SN74LS138  
Tabela Verdade 
Símbolo Lógico IEEE/ANSI para 74LS138 
Figura 3
Figura 4
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O símbolo lógico IEEE/ANSI para o decodificador 74LS138 incorpora um tipo de notação denominada notação de dependência.Os pinos de entrada estão à esquerda e os de saída à direita.Os números nas extremidades das linhas de entradas e saídas são os números dos pinos do CI.A indicação X/Y mostra que o CI é um decodificador.As entradas de endereços(código) têm pêsos 1, 2 e 4.A soma dos pesos dos pinos de entrada (1), (2) e (3) ativos determina o número da linha de saída que é ativada.As saídas são ativas quando baixas.O retângulo marcado & e suas entradas G1, G2A, G2B e a denominação EN indicam que as linhas de entrada (4), (5) e (6) são combinadas em uma porta AND para produzir o sinal habilitador interno do CI.As entradas de habilitação (4) e (5) são ativas baixas e a (6) é ativa alta. Os decodificadores tem várias aplicações: as saídas ativadas podem servir para ativar o alarme de um sistema com uma ocorrência de uma combinação específica de entradas; partir um determinado sistema em resposta a uma combinação decodificada; servir como decodificador de um código específico de entrada para habilitar outro circuito; e ser empregado como sofisticado decodificador de endereços para ativar vários dispositivos tais como chips de memórias em um sistema microprocessado.
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Figura 6
Decodificadores podem ser cascateados para expandir o número de palavras códigos que podem ser decodificadas. As entradas de habilitação dos decodificadores são usadas para os bits mais significativos(MSBs) dos códigos quando mais de um decodificador são cascateados habilitando cada decodificador e os bits menos significativos do código são aplicados nas entradas dos decodificadores e ativam a saída correspondente.a figura abaixo mostra um decodificador de 5 entradas e 32 saídas com o CI 74LS138 e alguma lógica adicional. 
Estruturas em Árvore
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Figura 7
Aplicações
Decodificação de Endereço Binário-para-Octal
As entradas A, B, e C é um número binário aplicado nas entradas de seleção.As oito saídas Y0 até Y7 representam os oito caracteres do sistema octal, que são ativadas uma por vez em resposta ao endereço de entrada. Observe que o símbolo  lógico empregado é o símbolo lógico convencional
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Decodificação de Endereço Binário-para-Hexadecimal
O CI SN74154 é um decodificador
4-para-16, projetado para realizar a decodificação de endereços binários para hexadecimal. Um número binário é a entrada  das quatro entradas de seleção para ativar uma das dezesseis saídas. As 16 saídas individuais representam os 16 caracteres do sistema hexadecimal. Em qualquer instante um número binário de 4-bits é convertido para 1 de 16 sinais. 
Figura 8
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A porta a ser acrescentada depende do circuito interno do decodificador e do número de mintermos necessários para
representar a função. Se o circuito interno do decodificador é um arranjo de portas NAND e tem saídas ativas BAIXAS, então acrescenta-se uma porta NAND, com um número de entradas igual ao número de termos produtos da função, resultando numa estrutura NAND-NAND, que implementa a equação SOP(soma de produtos). Similarmente, se o circuito interno do decodificador é um arranjo de portas AND, e apresenta saídas ativas ALTAS, então uma porta OR, com número de entradas igual ao número de termos produtos da função, é colocada na saída para formar a estrutura AND-OR que implementa a função.
Veja na Fig.9 um exemplo de geração de função lógica de três variáveis, empregando um decodificador de 3:8. 
Gerador de Funções Lógicas
Decodificadores podem ser usados para gerar funções lógicas, acrescentando-se uma porta de saída ao CI decodificador para implementar a soma de produtos(SOP) da função lógica. Neste caso, cada saída do decodificador é um termo produto(mintermo) da função lógica especificada. 
Figura 9
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Codificador e Decodificador
Concluímos que os circuitos decodificadores e codificadores são essenciais para a eletrônica.
Podemos citar um computador como exemplo, no interior da unidade de controle de todo microprocessador existe um circuito decodificador, a sua função é decodificar as instruções que estão em linguagem de máquina. Como se sabe, uma instrução em linguagem de máquina nada mais é que um número, os famosos números binários. Cada número corresponde a uma instrução que será executada energizando-se um determinado circuito lógico no interior do microprocessador. Pois bem: quem energiza esse circuito é justamente o decodificador, que recebe a instrução (um número) e “liga” a saída que energizará o circuito correspondente para aquela instrução. 
Conclusão do Grupo
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Apostilas:
 Arquitetura de Computadores – Codificador e Decodificador
Analise de Circuitos Digitais - Decodificadores
Prof. Luiz Marcelo Chiesse da Silva
CEFET/PR Cornélio Procópio 
Livro Grupo de Sistemas Digitais 
Capitulo 5 : Decodificadores
Profa. Liliane Ventura / Maria Stela Veludo de Paiva
 Site Eletrônica Digital
http://members.fortunecity.com/rleal/digi_aula9_05_2.htm 
 Eze Web Site
http://www.ezuim.com/downloads.html 
 Site Circuitos Lógicos
Professor João Bosco da Mota Alves 
Professor Titular / INE / CTC / UFSC 
http://www.inf.ufsc.br/ine5365/index.html 
Fonte de Pesquisa
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