Codificadores e Decodificadores: Conceitos e Aplicações

Este tutorial aborda os codificadores e decodificadores, dispositivos básicos em eletrônica digitalIntrodução à Eletrônica Digital: Conceitos Básicos e AplicaçõesDescubra os conceitos e aplicações essenciais da Eletrônica Digital, do funcionamento de sinais binários aos transistores, e comece sua jornada tecnológica. responsáveis por converter dados de uma forma de representação para outra. Veremos como eles funcionam em nível conceitual, suas aplicações típicas e alguns exemplos de implementação.

Conceitos Gerais🔗

O que são Codificadores?

Um codificador (em inglês, encoder) é um circuito combinacionalFerramentas de Simulação: Simulação prática: construção e teste de circuitos combinacionaisAprenda a simular circuitos combinacionais com ferramentas como Logisim, Proteus e Multisim. Teste, valide e otimize seus projetos digitais. Confira! que recebe um conjunto de sinais de entrada (geralmente apenas um deles está ativo em determinado instante) e converte esses sinais em um código binárioSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de saída. Em outras palavrasIntrodução à Eletrônica Digital: Conceitos básicos: bits, bytes, palavras, sinais de clock e sua importânciaDomine fundamentos da eletrônica digital: bits, bytes, palavras e clock que impulsionam o desempenho e eficiência de sistemas modernos., o codificador:

Converte 1 entre várias linhas de entrada em uma saída binária compacta.
É usualmente especificado como um circuito com $2^n$ entradas e $n$ saídas.

Por exemplo, um codificador 4-2 (4 entradas e 2 saídas) recebe 4 possíveis entradas, mas, em dado momento, apenas uma estará ativada (1 lógico). O circuito, então, gera 2 bitsSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de saída que identificam qual das 4 entradas encontra-se ativa.

O que são Decodificadores?

Já o decodificador (em inglês, decoder) faz o processo oposto: com base em um código binárioSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de entrada, ele ativa apenas uma linha de saída correspondente ao código recebido. É frequentemente especificado como um circuito com $n$ entradas e $2^n$ saídas.

Converte um código binárioSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de $n$ bits em uma de $2^n$ linhas de saída ativada (1 lógico).
As demais saídas ficam em 0 lógico.

Um exemplo é o decodificador 2-4 (2 entradas, 4 saídas). Dependendo da combinação das entradas (00, 01, 10 ou 11), ele ativará a saída correspondente, deixando as demais desativadas.

Estrutura e Funcionamento🔗

Exemplo de Decodificador 2-4

Para ilustrar o funcionamento de um decodificador, considere o caso de 2 entradas ($A_1$ e $A_0$) e 4 saídas ($D_0$, $D_1$, $D_2$, $D_3$):

Entradas: $A_1, A_0$
Saídas: $D_0, D_1, D_2, D_3$

Entradas	Saída Ativa
00	$D_0 = 1$
01	$D_1 = 1$
10	$D_2 = 1$
11	$D_3 = 1$

A lógica de cada saída pode ser descrita por expressões booleanasCircuitos Combinacionais: Somadores (meio somador, somador completo) e subtratores (complemento de 2)Aprenda a montar circuitos digitais com meio somador, somador completo e subtratores via complemento de 2. Domine operações aritméticas de forma clara. do tipo:

$$ D_0 = \overline{A_1} \cdot \overline{A_0} $$

$$ D_1 = \overline{A_1} \cdot A_0 $$

$$ D_2 = A_1 \cdot \overline{A_0} $$

$$ D_3 = A_1 \cdot A_0 $$

Onde $\overline{A_1}$ representa o NOT de $A_1$.

Podemos visualizar este decodificador usando um diagrama em blocos. (Exemplo simplificado em Mermaid.)

flowchart LR A1((A1)) ---> Decoder[Decodificador 2-4] A0((A0)) ---> Decoder Decoder ---> D0((D0)) Decoder ---> D1((D1)) Decoder ---> D2((D2)) Decoder ---> D3((D3))

Exemplo de Codificador 4-2

Em um codificador 4-2, temos 4 entradas e apenas 2 saídas. Cada entrada corresponde a um valor único que a saída binária deve representar se aquela entrada for ativada. Vamos chamá-las:

Entradas: $I_0, I_1, I_2, I_3$ (apenas uma em 1 por vez)
Saídas: $A_0, A_1$

Entrada Ativa	Saída (A1 A0)
$I_0$	00
$I_1$	01
$I_2$	10
$I_3$	11

Se apenas $I_2$ estiver ativa, por exemplo, a saída será 10 (em binárioSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos.).

Priority Encoder (Codificador de Prioridade)🔗

Em alguns casos, pode haver mais de uma entrada ativada ao mesmo tempo. Para lidar com isso, existem os codificadores de prioridade, cujo funcionamento estabelece uma ordem de preferência para decidir qual entrada deve ser considerada. Eles são semelhantes aos codificadores básicos, porém incluem lógica que:

1. Verifica se há mais de uma entrada ativa.

2. Seleciona a entrada de maior prioridade.

3. Gera o código de saída correspondente a essa entrada escolhida.

Aplicações Práticas🔗

Leitura de Dispositivos: Em sistemas digitais, um codificador pode ser usado para identificar qual, entre vários sensores, é o que está ativo em determinado momento.
Seleção de Linhas: Decodificadores podem habilitar apenas uma linha de um barramento para transmitir dados, enquanto outras permanecem desativadas.
Identificação de Endereços: Um decodificador pode receber determinados bitsSistemas de Numeração e Conversão: Binário, Decimal, Octal e HexadecimalAprenda conversões de sistemas numéricos em eletrônica digital. Descubra métodos para converter entre decimal, binário, octal e hexadecimal com exemplos. de endereço e ativar o caminho correto para leitura/escrita (embora detalhes sobre memória e barramentos sejam temas mais avançados).

Dicas de Projeto🔗

1. Verifique a Atividade das Entradas: Codificadores simples exigem que apenas uma entrada esteja ativa. Se houver múltiplas entradas possíveis, um codificador de prioridade pode ser necessário.

2. Use Circuitos IntegradosCircuito Integrado (CI)Descubra os fundamentos dos Circuitos Integrados, sua história e aplicações na eletrônica digital. Aprenda os conceitos essenciais para iniciar.: Existem chipsCircuito Integrado (CI)Descubra os fundamentos dos Circuitos Integrados, sua história e aplicações na eletrônica digital. Aprenda os conceitos essenciais para iniciar. comerciais de encoders e decoders padronizados, facilitando o projetoIntrodução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital. e a implementação.

3. Planeje a Lógica de Ativação: Em aplicações reais, é comum prever sinais de habilitação (enable) para controlar quando o dispositivo deve ou não deve operar.