Bộ giải mã nhị phân

Bộ giải mã là loại mạch tổ hợp giải mã một giá trị bit nhỏ thành giá trị bit lớn. Nó thường được sử dụng kết hợp với bộ mã hóa hoàn toàn ngược lại với những gì bộ giải mã làm, vì vậy hãy đọc về Bộ mã hóa ở đây trước khi bạn tiếp tục với Bộ giải mã. Một lần nữa, giống như Bộ mã hóa, có nhiều loại Bộ giải mã nhưng số dòng đầu ra trong một bộ giải mã sẽ luôn nhiều hơn số dòng đầu vào. Chúng ta sẽ tìm hiểu cách hoạt động của một bộ giải mã và cách chúng ta có thể xây dựng một bộ giải mã cho dự án của mình trong hướng dẫn này.

Nguyên tắc cơ bản của bộ giải mã:

Như đã nói trước đó, bộ giải mã chỉ là một bộ phận của Bộ mã hóa. Nó lấy một số giá trị nhị phân cụ thể làm đầu vào và giải mã sau đó thành nhiều dòng hơn bằng cách sử dụng logic. Một bộ giải mã mẫu được hiển thị bên dưới lấy 2 Dòng làm đầu vào và chuyển đổi chúng thành 4 Dòng.

Một quy tắc chung khác với Bộ giải mã là, nếu số đầu vào được coi là n (ở đây là n = 2) thì số lượng đầu ra sẽ luôn bằng 2 ⁿ (2 ² = 4) trong trường hợp của chúng ta là bốn. Bộ giải mã có 2 dòng đầu vào và 4 dòng đầu ra; do đó loại Bộ giải mã này được gọi là Bộ giải mã 2: 4. Hai chân đầu vào được đặt tên là I1 và I0 và bốn chân đầu ra được đặt tên từ O0 đến O3 như hình trên.

Cũng cần biết rằng một Bộ giải mã thông thường như bộ giải mã được hiển thị ở đây có một nhược điểm là không thể phân biệt giữa điều kiện của cả hai đầu vào là 0 (không được kết nối với các mạch khác) và cả hai đầu vào đều ở mức thấp (logic 0). Hạn chế này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng Bộ giải mã ưu tiên mà chúng ta sẽ tìm hiểu ở phần sau của bài viết này. Bảng sự thật của một Bộ giải mã thông thường được hiển thị bên dưới

Từ bảng sự thật của bộ giải mã, chúng ta có thể viết biểu thức Boolean cho mỗi dòng Đầu ra, chỉ cần theo dõi nơi đầu ra đạt mức cao và tạo thành logic AND dựa trên các giá trị của I1 và I0. Nó rất giống với phương pháp Encoder, nhưng ở đây chúng ta sử dụng logic AND thay vì logic OR. Biểu thức Boolean cho tất cả bốn dòng được đưa ra bên dưới, trong đó ký hiệu (.) Đại diện cho lôgic AND và ký hiệu (') đại diện cho lôgic KHÔNG

O ₀ = I ₁ '.I ₀ ' O ₁ = I ₁ '.I ₀ O ₂ = I ₁.I ₀ ' O ₃ = I ₁.I ₀

Bây giờ chúng ta có tất cả bốn biểu thức, chúng ta có thể chuyển đổi các biểu thức này thành một mạch cổng logic tổ hợp bằng cách sử dụng cổng AND và cổng NOT. Chỉ cần sử dụng cổng AND thay cho (.) Và cổng NOT (logic đảo ngược) thay cho (') và bạn sẽ nhận được sơ đồ logic sau.

Hãy để chúng tôi xây dựng sơ đồ mạch giải mã 2: 4 trên breadboard và kiểm tra xem nó hoạt động như thế nào trong đời thực. Để làm cho nó hoạt động như một phần cứng, bạn phải sử dụng IC cổng logic như 7404 cho cổng NOT và 7408 cho cổng AND. Hai đầu vào I0 và I1 được cung cấp thông qua một nút nhấn và đầu ra được quan sát thông qua đèn LED. Khi bạn thực hiện kết nối trên breadboard, nó sẽ trông giống như thế này trong hình dưới đây

Bo mạch được cấp nguồn bằng nguồn + 5V bên ngoài, lần lượt cấp nguồn cho IC Cổng thông qua các chân Vcc (chân 14) và chân nối đất (chân 7). Đầu vào được đưa ra bởi các nút nhấn, khi nhấn nó là logic 1 và khi không nhấn nó cho logic 0, một điện trở kéo xuống có giá trị 1k cũng được thêm vào dọc theo các đường đầu vào để ngăn các chân khỏi tình trạng nổi. Các dòng đầu ra (O0 đến O3) được đưa ra thông qua các đèn LED màu đỏ này, nếu chúng phát sáng thì đó là mức logic 1 còn lại là mức logic 0. Hoạt động hoàn chỉnh của mạch giải mã này được hiển thị trong video dưới đây

Lưu ý rằng bảng chân trị cho mỗi đầu vào được hiển thị ở góc trên cùng bên trái và đèn LED cũng phát sáng theo cùng một kiểu có trật tự. Tương tự, chúng ta cũng có thể tạo sơ đồ logic tổ hợp cho tất cả các loại Bộ giải mã và xây dựng chúng trên phần cứng như thế này. Bạn cũng có thể xem xét các IC giải mã có sẵn nếu dự án của bạn phù hợp với một IC.

Hạn chế của Bộ giải mã tiêu chuẩn:

Cũng giống như Bộ mã hóa, Bộ giải mã tiêu chuẩn cũng gặp phải vấn đề tương tự, nếu cả hai đầu vào không được kết nối (logic X) thì đầu ra sẽ không duy trì bằng 0. Thay vào đó, Bộ giải mã sẽ coi nó là logic 0 và bit O0 sẽ được đặt ở mức cao.

Bộ giải mã ưu tiên:

Vì vậy, chúng tôi sử dụng Bộ giải mã ưu tiên để khắc phục vấn đề đó, loại bộ giải mã này có một chân đầu vào phụ có nhãn là “E” (Bật) sẽ được kết nối với chân hợp lệ của Bộ giải mã ưu tiên. Các sơ đồ khối cho một ưu tiên Decoder được hiển thị bên dưới.

Bảng sự thật cho Bộ mã hóa ưu tiên cũng được hiển thị bên dưới, ở đây X đại diện cho không có kết nối và '1' biểu thị mức logic cao và '0' biểu thị mức logic thấp. Lưu ý rằng bit cho phép là 0 khi không có kết nối trên các dòng Đầu vào và do đó các dòng đầu ra cũng sẽ bằng 0. Bằng cách này chúng ta sẽ có thể khắc phục được nhược điểm nêu trên.

Như mọi khi từ bảng sự thật, chúng ta có thể điều khiển biểu thức Boolean cho các dòng đầu ra từ O0 đến O3. Biểu thức Boolean cho bảng sự thật trên được hiển thị bên dưới. Nếu bạn xem xét kỹ hơn, bạn có thể nhận thấy rằng biểu thức giống như biểu thức của bộ giải mã 2: 4 bình thường nhưng bit Enable (E) đã được thực hiện thành AND với biểu thức.

O ₀ = EI ₁ '.I ₀ ' O ₁ = EI ₁ '.I ₀ O ₂ = EI ₁.I ₀ ' O ₃ = EI ₁.I ₀

Sơ đồ logic tổ hợp cho biểu thức Boolean ở trên có thể được xây dựng bằng cách sử dụng một số Bộ nghịch lưu (KHÔNG phải Cổng) và cổng AND 3 đầu vào. Chỉ cần thay thế biểu tượng (') bằng bộ đảo và biểu tượng (.) Bằng cổng AND và bạn sẽ nhận được sơ đồ Logic sau.

Bộ giải mã 3: 8:

Ngoài ra còn có một số Bộ giải mã bậc cao hơn như Bộ giải mã 3: 8 và Bộ giải mã 4:16 thường được sử dụng hơn. Các Bộ giải mã này thường được sử dụng trong các gói IC đến độ phức tạp của mạch. Nó cũng rất phổ biến để kết hợp các bộ giải mã bậc thấp hơn như Bộ giải mã 2: 4 để tạo thành Bộ giải mã bậc cao hơn. Ví dụ, chúng ta biết rằng Bộ giải mã 2: 4 có 2 Đầu vào (I0 và I1) và 4 Đầu ra (O0 đến O3) và Bộ giải mã 3: 8 có ba đầu vào (I0 đến I2) và Tám đầu ra (O0 đến O7). Chúng ta có thể sử dụng các công thức sau để tính số bộ giải mã bậc thấp hơn (2: 4) cần thiết để tạo thành bộ giải mã bậc cao hơn như Bộ giải mã 3: 8.

Số lượng yêu cầu của Bộ giải mã bậc thấp hơn = m2 / m1 Trong đó, m2 -> số đầu ra cho Bộ giải mã bậc thấp m1 -> số đầu ra cho Bộ giải mã bậc cao

Trong trường hợp của chúng ta, giá trị của m1 sẽ là 4 và giá trị của m2 sẽ là 8, vì vậy áp dụng các giá trị này trong công thức trên, chúng ta nhận được

Số bộ giải mã 2: 4 cần thiết cho Bộ giải mã 3: 8 = 8/4 = 2

Bây giờ chúng ta biết rằng chúng ta sẽ cần hai Bộ giải mã 2: 4 để tạo thành Bộ giải mã 3: 8, nhưng hai bộ giải mã này phải được kết nối như thế nào để tập hợp lại. Sơ đồ khối dưới đây chỉ ra rằng

Như bạn có thể thấy đầu vào A0 và A1 được kết nối như đầu vào song song cho cả hai bộ giải mã và sau đó chân Bật của Bộ giải mã đầu tiên được thực hiện để hoạt động như A2 (đầu vào thứ ba). Tín hiệu Đảo ngược của A2 được đưa đến chân Enable của bộ giải mã thứ hai để nhận các đầu ra Y0 đến Y3. Ở đây các đầu ra Y0 đến Y3 được gọi là Bốn phút thấp hơn và các đầu ra Y4 đến Y7 được gọi là bốn phút cao hơn. Các minter thứ tự thấp hơn nhận được từ bộ giải mã thứ hai và các minterms bậc cao hơn thu được từ bộ giải mã thứ nhất. Mặc dù một nhược điểm đáng chú ý trong kiểu thiết kế tổ hợp này là, Bộ giải mã sẽ không có chân Bật, khiến nó dễ gặp các sự cố mà chúng ta đã thảo luận trước đó.

4:16 Bộ giải mã:

Tương tự như Bộ giải mã 3: 8, Bộ giải mã 4:16 cũng có thể được xây dựng bằng cách kết hợp hai Bộ giải mã 3: 8. Đối với Bộ giải mã 4: 16, chúng ta sẽ có bốn đầu vào (A0 đến A3) và mười sáu đầu ra (Y0 đến Y15). Trong khi đó, đối với Bộ giải mã 3: 8, chúng ta sẽ chỉ có ba đầu vào (A0 đến A2).

Chúng tôi đã sử dụng các công thức để tính số lượng Bộ giải mã yêu cầu, trong trường hợp này giá trị của m1 sẽ là 8 vì bộ giải mã 3: 8 có 8 đầu ra và giá trị của m2 sẽ là 16 vì bộ giải mã 4:16 có 16 đầu ra, vì vậy áp dụng các giá trị này trong các công thức ở trên, chúng tôi nhận được

Số lượng Bộ giải mã 3: 8 cần thiết cho Bộ giải mã 4:16 = 16/8 = 2

Do đó, chúng tôi yêu cầu hai Bộ giải mã 3: 8 để xây dựng Bộ giải mã 4:16, cách sắp xếp của hai Bộ giải mã 3: 8 này cũng sẽ tương tự như chúng tôi đã làm trước đó. Sơ đồ khối để kết nối hai Bộ giải mã 3: 8 này với nhau được hiển thị bên dưới.

Ở đây, đầu ra Y0 đến Y7 được coi là tám phút thấp hơn và đầu ra từ Y8 đến Y16 được coi là tám phút cao hơn. Các phần dưới bên phải được tạo trực tiếp bằng cách sử dụng các đầu vào A0, A1 và A2. Các tín hiệu tương tự cũng được cấp cho ba đầu vào của Bộ giải mã đầu tiên, nhưng chân Bật của bộ giải mã đầu tiên được sử dụng làm Chân đầu vào thứ tư (A3). Tín hiệu đảo ngược của đầu vào thứ tư A3 được cấp cho chân bật của Bộ giải mã thứ hai. Bộ giải mã đầu tiên xuất ra giá trị tám minterms cao hơn.

Các ứng dụng:

Bộ giải mã thường được sử dụng kết hợp với Bộ mã hóa và do đó cả hai đều dùng chung các ứng dụng. Nếu không có Bộ giải mã và Mã hóa thì các thiết bị điện tử hiện đại như điện thoại di động và Máy tính xách tay sẽ không thể thực hiện được. Một vài ứng dụng quan trọng của Bộ giải mã được liệt kê dưới đây.

• Ứng dụng tín hiệu tuần tự
• Ứng dụng tín hiệu thời gian
• Đường dây mạng
• Yếu tố bộ nhớ
• Mạng điện thoại