Pembuat enkode biner

Encoder, seperti namanya, mengkodekan sedikit informasi yang lebih besar menjadi nilai bit yang lebih kecil. Ada banyak jenis encoder berdasarkan jumlah masukan dan keluaran dan berdasarkan cara kerjanya. Tetapi setiap Encoder memiliki satu aturan yang mendasari, jumlah baris output pada Encoder akan selalu kurang dari jumlah baris input. Kami akan mempelajari lebih lanjut tentang pembuat enkode, apa itu pembuat enkode, bagaimana dan mengapa mereka digunakan dalam sirkuit digital di artikel ini.

Prinsip Dasar Encoder:

Mari kita bayangkan Encoder menjadi kotak hitam seperti yang ditunjukkan di bawah ini yang secara ajaib mengurangi jumlah baris Input dari 4 menjadi hanya 2 baris output, tetapi tetap memberikan informasi yang sama tanpa kehilangan data.

Pertama mari kita tentukan apa nama Encoder ini nantinya. Ini memiliki empat input dan dua output sehingga nama Encoder ini adalah Encoder 4: 2. Jika Encoder memiliki jumlah jalur output “ n ” maka jumlah jalur input akan menjadi 2 ­_­ ^n, dalam kasus kami jumlah jalur output adalah dua (n = 2) maka jumlah jalur input harus menjadi (2 ² = 4) empat yang persis seperti itu. Empat Pin Input diberi label dari I0 hingga I3 dan dua pin keluaran diberi label dari O0 hingga O1

Jadi bagaimana Encoder mengubah empat sinyal menjadi dua, dapat dipahami dengan melihat tabel kebenaran di bawah ini. Penting juga untuk diketahui bahwa Encoder biasa seperti yang ditunjukkan di sini memiliki aturan bahwa pada waktu tertentu hanya satu pin input yang harus tinggi sehingga dalam tabel kebenaran berikut hanya satu input yang akan tinggi.

Setiap kondisi yang mungkin dari input, output ditampilkan pada tabel kebenaran di atas. Misalnya ketika hanya O1 yang tinggi (1) dan semua input lainnya rendah (0) maka kedua pin output akan rendah (0). Demikian pula untuk setiap kasus, pin keluaran juga akan berubah statusnya. Dengan menggunakan status bit Output ini, pengguna akan dapat melacak kembali ke sinyal input apa yang akan diberikan ke Encoder.

Oke, apa yang menarik tentang mengubah 4 baris menjadi 2 baris mengapa kita bahkan membutuhkannya?

Untuk tujuan pemahaman kami telah menjelaskan Encoder 4: 2, tetapi ada encoder lain yang dapat mengambil jumlah input yang lebih tinggi dan mengubahnya menjadi jumlah output yang lebih rendah seperti Encoder 8: 3, Encoder 16: 4 dll. Jenis-jenis ini Encoder sangat berguna ketika kita harus mengurangi jumlah pin yang digunakan pada MCU / MPU atau mengurangi jumlah kabel pembawa sinyal di PLC dan sistem lain di mana rangkaian sakelar atau LED. Ini juga digunakan dalam mentransmisikan data secara efisien dengan menggunakan kabel yang lebih kecil. Dalam beberapa aplikasi kita mungkin mengalami situasi di mana lebih dari satu input bisa tinggi (1) dalam hal itu kita akan sesuatu yang disebut Encoder Prioritas yang akan kita bahas lebih lanjut di artikel ini.

Membangun Pembuat Enkode menggunakan Desain Logika Kombinasional

Sekarang kita tahu cara kerja Encoder dan di mana digunakan. Mari kita pelajari cara membuatnya menggunakan gerbang logika sederhana. Meskipun Pembuat Enkode seperti 8: 3 tersedia sebagai IC paket tunggal yang rapi seperti SN74LS148, penting untuk mengetahui cara pembuatannya sehingga kami dapat membuat pembuat enkode khusus untuk proyek kami berdasarkan tabel kebenaran yang diperlukan.

Ekspresi Boolean:

Yang pertama dalam merancang perangkat Logika Kombinasional adalah menemukan Ekspresi Boolean untuk tabel kebenaran. Ini sangat mudah dan dapat ditentukan dengan mudah hanya dengan melihat tabel kebenaran. Tabel kebenaran yang sama yang kita lihat sebelumnya diberikan di bawah ini dengan beberapa ilustrasi untuk membuat Anda lebih memahami.

Jumlah ekspresi akan sama dengan jumlah baris keluaran, di sini kita memiliki dua keluaran dan karenanya kita memiliki dua Ekspresi. Untuk output pertama O0, cukup periksa pada kondisi mana tinggi (1) dan lacak nomor pin input yang sesuai yang juga tetap tinggi (1). Demikian pula untuk semua nilai tinggi dari catatan O0 yang memasukkan nomor pin tinggi dan menambahkan pin. Pin input yang sesuai dengan pin Output O0 disorot dengan warna merah di atas dan untuk O1 disorot dengan warna Biru. Jadi Ekspresi untuk O0 dan O1 akan menjadi

O ₁ = I ₃ + I ₂ O ₀ = I ₃ + I ₁

4: 2 Diagram Sirkuit Encoder:

Setelah kita mendapatkan Ekspresi Boolean kita hanya perlu menggambarnya dalam bentuk Gerbang. Di sini karena kita memiliki operasi penjumlahan (+), kita akan menggunakan gerbang OR untuk membangun sirkuit kita. Anda juga dapat menyederhanakan atau memodifikasi ekspresi Boolean sesuai kebutuhan Anda. Diagram sirkuit untuk ekspresi di atas ditunjukkan di bawah ini

Sirkuit ini dapat dengan mudah dibangun menggunakan IC gerbang 7432 OR. Saya telah membangun sirkuit encoder saya di atas papan tempat memotong roti seperti yang ditunjukkan di bawah ini

Keempat jalur input (I0, I1, I2 dan I3) disediakan oleh empat push button, ketika tombol ditekan akan menghubungkan + 5V ke pin sehingga menjadi logika 1 dan ketika tombol tidak ditekan pin ditahan ke ground melalui resistor pull down 10k untuk membuatnya logika nol. Output (O0 dan O1) direpresentasikan menggunakan sepasang LED merah. Jika LED menyala maka itu berarti logika outputnya 1 dan jika dimatikan maka itu berarti logika output 0. Kerja lengkap Sirkuit Encoder ditunjukkan pada video di bawah ini

Seperti yang Anda lihat ketika tombol pertama ditekan, input I0 dibuat tinggi dan karenanya kedua output tetap rendah. Ketika tombol kedua ditekan, input I1 menyala dan dengan demikian satu LED menjadi tinggi untuk menunjukkan O0 tinggi. Akhirnya ketika tombol keempat ditekan, input I3 dibuat tinggi dan dengan demikian kedua LED menjadi tinggi. Ini adalah sirkuit yang sangat sederhana sehingga kami telah membuatnya dengan mudah di papan tempat memotong roti tetapi, untuk pembuat enkode praktis, sirkuit akan menjadi sedikit lebih kompleks. Namun Encoder juga tersedia sebagai paket IC yang dapat dibeli jika sesuai dengan proyek Anda.

8: 3 Pembuat Enkode:

Cara kerja dan penggunaan Encoder 8: 3 juga mirip dengan Encoder 4: 2 kecuali untuk jumlah pin input dan output. Encoder 8: 3 juga disebut sebagai Encoder Oktal ke Biner, diagram blok dari Encoder 8: 3 ditunjukkan di bawah ini

Di sini Encoder memiliki 8 masukan dan 3 keluaran, sekali lagi hanya satu masukan yang harus tinggi (1) pada waktu tertentu. Karena ada 8 masukan maka disebut masukan oktal dan karena ada tiga keluaran disebut juga keluaran biner. Tabel kebenaran dari Encoder ditunjukkan di bawah ini.

8: 3 Tabel Kebenaran Encoder:

Ekspresi Boolean:

Karena kami memiliki keluaran, kami akan memiliki tiga ekspresi seperti yang ditunjukkan di bawah ini

O ₂ = I ₇ + I ₆ + I ₅ + I ₄ O ₁ = I ₇ + I ₆ + I ₃ + I ₂ O ₀ = I ₇ + I ₅ + I ₃ + I ₁

8: 3 Diagram Sirkuit Encoder:

Setelah ekspresi Boolean diperoleh seperti biasa kita dapat membangun Diagram sirkuit menggunakan gerbang OR seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Rangkaian ini menggunakan IC gerbang OR 4 input, Anda juga dapat menyederhanakan Ekspresi Boolean untuk menggunakan IC Gerbang 2 input normal lainnya.

Kelemahan Encoder Normal:

Jenis Encoder ini mengalami kelemahan utama berikut

• Ketika tidak ada input yang tinggi, Output akan sama dengan nol, tetapi kondisi ini juga bertentangan dengan bit pertama yang tinggi (MSB). Oleh karena itu, kehati-hatian harus selalu diambil agar setidaknya satu bit selalu AKTIF
• Ketika lebih dari satu input tinggi, output akan diciutkan dan dapat memberikan hasil untuk salah satu input yang menyebabkan kebingungan.

Untuk mengatasi kesulitan ini kami menggunakan jenis encoder berbeda yang disebut Encoder Prioritas yang menggunakan output tambahan untuk menentukan apakah output tersebut valid, dan ketika lebih dari satu input membantu tinggi, yang menjadi tinggi mulai dari LSD saja dipertimbangkan sementara mengabaikan input lainnya.

Encoder Prioritas:

Mari kita analisis Encoder Prioritas 4: 2 sebagai contoh untuk memahami perbedaannya dari Encoder biasa dan dapat mengatasi dua kekurangan yang disebutkan di atas. Diagram blok dari Encoder Prioritas 4: 2 ditunjukkan di bawah ini

Encoder prioritas 4: 2 juga memiliki 4 input dan 2 output, tetapi kami akan menambahkan output lain yang disebut V yang merupakan singkatan dari bit valid. Bit yang valid ini akan memeriksa apakah keempat pin input rendah (0) jika rendah bit juga akan membuat dirinya rendah yang menyatakan bahwa output tidak valid sehingga kita dapat mengatasi kelemahan pertama yang disebutkan di atas.

Tabel Kebenaran Encoder Prioritas 4: 2:

Kelemahan berikutnya dapat dihindari dengan memberikan prioritas pada bit MSB, Encoder akan memeriksa dari MSB dan setelah menemukan bit pertama yang tinggi (1) itu akan menghasilkan keluaran yang sesuai. Jadi tidak masalah jika pin lain tinggi atau rendah. Oleh karena itu, dalam tabel kebenaran di bawah ini setelah 1 tercapai, nilai tidak peduli disajikan oleh "X".

Ekspresi Boolean:

Sekarang kita harus menurunkan tiga Ekspresi yaitu untuk O0, O1 dan V. Karena tabel kebenaran tidak memiliki item yang peduli, kita harus menggunakan metode K-map untuk menurunkan Ekspresi Boolean untuk ini. Kami tidak akan membahas bagaimana menyelesaikan dengan K-maps karena itu di luar cakupan artikel ini. Tetapi Peta ditampilkan di bawah sehingga Anda dapat mengganggu dan belajar sendiri.

Pada peta di atas, yang kiri untuk O1 dan yang kanan untuk O0. Garis keluaran disebutkan oleh y dan garis masukan disebutkan oleh x. Jadi menyusun persamaan sesuai kita akan mendapatkan yang berikut.

O ₁ = I ₃ + I ₂ O ₀ = I ₂ I ₁ '+ I ₃

Demikian pula, untuk bit "V" yang valid, ekspresi Boolean dapat diberikan sebagai

V = I ₃ + I ₂ + I ₁ + I ₀

Diagram Sirkuit:

Diagram sirkuit untuk proyek ini dapat dibuat menggunakan ekspresi Boolean.

Sirkuit dapat dibangun menggunakan gerbang dasar NOT, AND, dan OR. Di sini bit O0 dan O1 dianggap sebagai keluaran sedangkan bit V digunakan untuk memvalidasi keluaran. Hanya jika bit V tinggi, keluaran akan dipertimbangkan jika nilai V rendah (0) keluaran harus diabaikan, karena ini menyiratkan bahwa semua pin masukan adalah nol.