7-2 解碼器

7.2 解碼器

解碼器(decoder)在數位系統中包含了兩種意義的電路，第一種電路是以輸入端的碼去指定輸出端其中一條輸出線動作，而另一種電路則是將輸入端的碼轉換成其他的編碼，此種電路也可以稱為轉碼器(code converter)。

7.2-1n線至2ⁿ線解碼器

一個解碼器輸入編碼的線數有n條，則此解碼器最多可以指定2ⁿ條輸出線動作，而且每一輸出線僅對應輸入端唯一的一組編碼。

01.gif (3759 bytes)

如圖7.2-1所示，輸入編碼的線數有3條，輸出線有8條(2³=8)，此解碼器稱為3線至8線解碼器或3對8線解碼器(3 to 8 Decoder) ，但有的資料手冊是以輸出數量命名，故又稱為8之1解碼器(1-of-8 Decoder)。在圖7.2-1中，當D₂D₁D₀=000時；Y₀動作，當D₂D₁D₀=001時；Y₁動作，同理，當D₂D₁D₀=111時；Y₇動作。由於n線至2ⁿ線解碼器的解碼輸出有唯一性，因此電路設計上就變得相當單純化，以圖7.2-1而言：

Y₀ (D₀、D₁、D₂)=Σ(0)= D₂' D₁' D₀'

Y₁ (D₀、D₁、D₂)=Σ(1)= D₂' D₁' D₀

如此類推至

Y₇ (D₀、D₁、D₂)=Σ(7)= D₂ D₁ D₀

02.gif (6107 bytes)

故其電路(圖7.2-2)均以3輸入的及閘完成即可。

實際的數位積體電路中，解碼器都會設計一個以上的致能(Enable，常以E代表)接腳，有的資料手冊會稱為閘門(Gate常以G代表)，稱呼各家雖有不同，但從字面上的意思不難瞭解此接腳有著掌控整個電路的功能，從表7.2-1可知2線至4解碼器中的致能(E)為0時，無論A、B狀態為何，均無法導致任何解碼輸出(Y₃、Y₂、Y₁、Y₀均為0)，僅在致能為1時允許解碼的功能隨著A及B的編碼而異。

03.gif (6593 bytes)

致能接腳的設計在數位電路的應用中，主要功效為擴展解碼器的解碼範圍，例如兩只含有致能接腳的2線至4解碼器等於是一只3線至8解碼器，接線方法如圖7.2-4所示，當C=0時，解碼器(1)的致能(E)=1，因此輸出端可依B、A的編碼得以解碼，當C=1時，解碼器(2)的致能(E)=1，因此解碼器(2)得以解碼，整個電路相當於一個3線至8線解碼器，輸入的3線是A、B、C，輸出的8線是解碼器(1)的Y₀ ~ Y₃和解碼器(2)的Y₀ ~ Y₃。

04.gif (8480 bytes)

若致能的接腳不只一個，而且分別有0動作及1動作的接腳就更方便了，這類的積體電路在我們擴展解碼電路時，可以省掉一些邏輯閘的使用，例如圖7.2-5與圖7.2-4相比就省掉一只反閘。

05.gif (8277 bytes)

一個含有致能功能的解碼器，其電路設計只需控制其輸出的邏輯閘即可，圖7.2-5中的致能控制可以用圖7.2-6的方式完成，其中EE'=0則Y₀、Y₁、Y₂、Y₃均為0，E'E=1則Y₀、Y₁、Y₂、Y₃依A、B解碼。

06.gif (5284 bytes)

例7.2-1

試設計一只含有致能控制(E)的2至4線解碼器。

步驟一

分析組合邏輯的輸入及輸出端數量；含有致能

控制(E)的2至4線解碼器，應有3個輸入端A、B、E，

4個輸出端Y₀、Y₁、Y₂、Y₃。

07.gif (2226 bytes)

步驟二

以真值表分析輸入及輸出的關係。

08.gif (4238 bytes)

步驟三

利用圖7.2-6的方式將2線至4線解碼器與致能控制分開設計。

由於解碼器的輸出與輸入間有唯一性，所以不需要卡諾圖化簡，直接寫出布林代數式為：

Y₀ =A'B'

Y₁ =AB'

Y₂ =A'B

Y₃ =AB

步驟四

繪出解碼器部份布林代數式的邏輯電路。

09.gif (1443 bytes)

步驟五

從真值表得知致能控制與輸出的關係為：

Y₀ =A'B'E

Y₁ =AB'E

Y₂ =A'BE

Y₃ =ABE

所以加上致能控制的2線至4線解碼器電路為：

10.gif (1569 bytes)

7.2-2BCD至七段顯示解碼器

七段顯示器由發光二極體(light emitting diode ; LED)組合而成，分為共陰及共陽兩型，將內部所有LED的陰極接在一起的稱為共陰型，內部所有LED的陽極接在一起的稱為共陽型，見圖7.2-2-1。

a.gif (6485 bytes)

b.gif (7973 bytes)

由於七段顯示器分為共陰型及共陽型，所以BCD至七段顯示解碼(轉碼)的數位積體電路也分為兩類，TTL的7448、7449及CMOS的4511必須配合共陰型七段顯示器使用，而TTL的7446、7447就必須配合共陽型七段顯示器使用。這些IC的輸出端為了要驅動LED均有提高耐壓及輸出電流的設計，因此資料手冊中常以BCD至七段顯示解碼器／驅動器(BCD to 7 Segment Decoder/Driver)稱之，在使用上特別應該注意共陰型及共陽型七段顯示器電源的接法，而且與解碼器之間也務必要加上限流電阻(見圖7.2-2-2)，至於解碼器的各接腳功能，本節將以7447為範例說明之。

TTL的7447是一只與共陽七段顯示器搭配使用的七段顯示解碼器，所以驅動LED的輸出端均以0動作，在IC接腳圖中常會畫上一個小圓圈表示低態動作的意思，輸出端最大耐壓為15V，低態輸出時可以提供的電流大於40mA，這個輸出特性對於一般規格的七段顯示器已經足夠。

c.gif (9970 bytes) 使用時的接線方法，BCD碼輸入部份與解碼後接至共陽型七段顯示器的電路與圖7.2-2-2b完全相同，圖7.2-2-4是BCD碼由0000至1001經7447解碼後輸往七段顯示器之相對顯示。若七段顯示器的電源為5V，限流電阻可用330Ω，輸出電流將限制在10mA左右，除了BCD輸入以及解碼輸出a~g，其餘的各腳功能敘述於下：

LT：LED測試線(Lamp Test)；此腳動作於低態(0)，動作時a~g等解碼輸出端全為0，若七段顯示器的電路正常LED應全亮，也就是應該顯示一個「8」字。

BI/RBO：遮沒輸入／漣波遮沒輸出(Blanking Input / Ripple Blanking Output)；此腳強迫接邏輯0時屬於遮沒輸入的動作，此時a~g等解碼輸出端全為1，若七段顯示器的電路正常LED應全暗。漣波遮沒輸出的功能則必須配合漣波遮沒輸入(RBI)接腳為邏輯0且BCD碼輸入端為0(DCBA=0000)時，此腳由1轉為0。

RBI：漣波遮沒輸入(Ripple Blanking Input)；此腳為0且BCD碼輸入端為0(DCBA=0000)時，此時解碼後的「0」字將被遮沒(不顯示)，這種功能應用於兩個數字以上的顯示，當數字以0開頭時可以自動產生遮沒，例如007這個數字透過圖7.1-2-5的接線方式只會顯示7，前面兩個0會被RBI的功能給遮沒掉。

例7.2-1

圖7.2-2-5 中IC-3的BCD碼輸入為0000，IC-2的BCD碼輸入為0000，IC-1的BCD碼輸入為0111，則七段顯示器該顯示什麼？

答：

IC-3的BCD碼輸入為0000，RBI=0(接地)，因此RBO轉為0，所以解碼後的「0」字將被遮沒，因此七段顯示器全暗。

IC-2的BCD碼輸入為0000，IC-3的RBO =0導致RBI=0，，所以解碼後的「0」字也被遮沒，因此七段顯示器全暗。

IC-1的BCD碼輸入為0111，但RBI=1(H)，所以七段顯示器顯示「7」。

例7.2-2

圖7.2-2-5 中IC-3的BCD碼輸入為0000，IC-2的BCD碼輸入為0001，IC-1的BCD碼輸入為0000，則IC-3、IC-2、IC-1的abcdefg的邏輯狀態分別為？以及七段顯示器該顯示什麼？

答：

IC-3的BCD碼輸入為0000， RBI=0，所以解碼後的「0」字將被遮沒，因此IC-3的abcdefg =1111111，七段顯示器全暗。

IC-2的BCD碼輸入為0001，IC-2的abcdefg =1001111，七段顯示器顯示「1」。

IC-1的BCD碼輸入為0000，但RBI=1(H)，所以IC-1的abcdefg =0000001，七段顯示器顯示「0」。

　