PARTES DE LA ELECTRONICA DIGITAL by sergio castro

ELECTRONICA DIGITAL

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APRENDICES: SERGIO HERNAN CASTRO AGUDELO

INSTRUCTOR: HERNANDO GOMEZ PALENCIA

NTENIMIENTO ELECTRONICO INDUSTRIAL E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL 28409

CENTRO INDUSTRIAL DE LA EMPRESA Y LOS SERVICIOS

ELECTRONICA DIGITAL “C.I.E.S”

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APRENDICES: SERGIO HERNAN CASTRO AGUDELO

INSTRUCTOR: HERNANDO GOMEZ PALENCIA

MANTENIMIENTO ELECTRONICO INDUSTRIAL E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL 28409

ELECTRONICA DIGITAL CENTRO INDUSTRIAL DE LA EMPRESA Y LOS SERVICIOS “C.I.E.S” [Selecciona r fecha] Multiplexor Un multiplexor es un sistema digital que consta de varias entradas y una salida. Mediante un mecanismo de selección permite que una determinada entrada se transfiera a la salida. En el campo de las telecomunicaciones el multiplexor se utiliza como dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión, existen varias clases de multiplexación: • •

Multiplexación por división de frecuencia Multiplexación por división de tiempo

•

Multiplexación por división de código

•

Multiplexación por división de longitud de onda

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Esquema de un multiplexor 2 a 1. Puede ser comparado a un conmutador controlado Un multiplexor es un circuito combinacional con 2n líneas de entrada de datos, 1 línea de salida y n entradas de selección. Las entradas de selección indican cuál de estas líneas de entrada de datos es la que proporciona el valor a la línea de salida También se pueden construir multiplexores con mayor número de entradas utilizando multiplexores de menos entradas, utilizando la composición de multiplexores... En electrónica digital, es usado para el control de un flujo de información que equivale a un conmutador. En su forma más básica se compone de dos entradas de datos (A y B), una salida de datos y una entrada de control. Cuando la entrada de control se pone a 0 lógico, la señal de datos A es conectada a la salida; cuando la entrada de control se pone a 1 lógico, la señal de datos B es la que se conecta a la salida El multiplexor es una aplicación particular de los decodificadores, tal

ELECTRONICA DIGITAL que existe una entrada de habilitación (EN) por cada puerta AND y al final se hace un OR entre todas las salidas de las puertas AND.

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La función de un multiplexor da lugar a diversas aplicaciones: 1. Selector de entradas. 2. Serializador: Convierte datos desde el formato paralelo al formato serie. 3. Transmisión multiplexada: Utilizando las mismas líneas de conexión, se transmiten diferentes datos de distinta procedencia. 4. Realización de funciones lógicas: Utilizando inversores y conectando a 0 ó 1 las entradas según interese, se consigue diseñar funciones complejas, de un modo más compacto que con las tradicionales puertas lógicas, Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida que es única. La entrada seleccionada viene determinada por la combinación de ceros (0) y unos (1) lógicos en las entradas de control. La cantidad que necesitaremos será igual a la potencia de 2 que resulte de analizar el número de entradas. Así, por ejemplo, a un multiplexor de 8 entradas le corresponderán 3 de control Podemos decir que la función de un multiplexor consiste en seleccionar una de entre un número de líneas de entrada y transmitir el dato de un canal de información único. Por lo tanto, es equivalente a un conmutador de varias entradas y una salida.

Dentro de un multiplexor hay que destacar tres tipos de señales: los datos de entrada, las entradas de control y la salida El diseño de un multiplexor se realiza de la misma manera que cualquier sistema combinatorio desarrollado hasta ahora. Veamos, como ejemplo, el caso de un multiplexor de cuatro entradas y una salida que tendrá, según lo dicho anteriormente, dos entradas de control. Esta tabla de verdad define claramente cómo, dependiendo de la combinación de las entradas de control, a la salida se transmite una u otra entrada de las cuatro posibles. Así:

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CONTROL

ENTRADAS DATOS

SALIDA

I0 I1 I2 I3

0XXX

1XXX

X0XX

X1XX

XX1X

XXX0

XXX1

Si deducimos de esta tabla de verdad la expresión booleana que nos dará la función salida, tendremos la siguiente ecuación: S = (/A*/B*I0) + (/A*B*I1) + (A*/B*I2) + (A*B*I3) Con la que podremos diseñar nuestro circuito lógico La estructura de los multiplexores es siempre muy parecida a esta que hemos descrito, aunque a veces se añade otra entrada suplementaria de validación o habilitación, denominada «strobe» o «enable» que, aplicada a las puertas AND, produce la presentación de la salida.

Tipos de multiplexores

Dentro de la gran variedad de multiplexores que existen en el mercado, hay varios tipos que conviene destacar a causa de su gran utilidad en circuitos digitales, estos son: Multiplexor de 8 entradas. Multiplexor de 16 entradas. Doble multiplexor de 4 entradas. Dentro del primer tipo podemos hacer la distinción entre tener la entrada de «strobe» o no. La tecnología utilizada para su diseño es TTL, de alta integración, y la potencia que disipan suele ser de unos 150 mW. El tiempo de retardo típico es de unos 25 nanosegundos y tienen un "fan - out" de 10. Normalmente, estos circuitos suelen darnos dos tipos de salida: una afirmada y la otra negada En cuanto al segundo tipo de multiplexores, señalaremos que se diferencian de los primeros en el número de entradas, que es el doble, y que no existe la posibilidad de tener dos salidas, sino que sólo podemos optar por la negada y, en

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consecuencia, a la salida únicamente se tendrán los datos de la entrada complementados. La potencia de disipación para estos multiplexores viene a ser de aproximadamente unos 200 mW. El tiempo de retardo y el "fan - out" son más o menos iguales que en el caso del multiplexor de 8 entradas.

Diagrama básico de un multiplexor de 16 entradas y 2 señales de control En la ilustración correspondiente podemos ver un multiplexor de 16 entradas, donde, si hacemos 0 el «strobe», en la salida se obtiene el dato negado de la entrada seleccionada mediante las cuatro entradas de control En el último de los tipos, dentro del mismo encapsulado del circuito integrado, tenemos dos multiplexores de cuatro entradas de datos: dos de control y una señal de «strobe» cada uno.

Doble multiplexor de cuatro entradas donde las señales de control son comunes Las entradas de control son comunes para ambos multiplexores, como podemos ver en el circuito de la figura. Al igual que los anteriores, se suelen realizar con tecnología TTL de alta integración, y tienen una disipación media de unos 180 mW Con estos tres tipos de multiplexores trabajaremos habitualmente, incluso en el caso de tener que emplear algún otro de orden superior, es decir, con mayor número de entradas. Para ello, necesitaremos utilizar más de un multiplexor de los descritos anteriormente.

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[Selecciona r fecha] Multiplexor de 32 entradas construido a partir de cuatro multiplexores de 8 entradas y uno de 4 entradas La forma de conectarlos entre sí depende de la aplicación concreta de que se trate, pero siempre habrá que disponer de más de una etapa de multiplexores, lo cual acarrea un tiempo de retardo. Así, por ejemplo, para seleccionar un dato de entre las 32 entradas de que disponemos, deberemos diseñar un sistema análogo al representado en la figura correspondiente El primer multiplexor de 8 entradas sitúa secuencialmente los datos de entrada I0 a I7 en la línea de salida de éste, a medida que el código de las señales de control va variando. Análogamente, el segundo multiplexor, también de 8 entradas, transmitirá los datos I8 a I15 a su línea de salida, dependiendo de las señales de control.

Diagrama de conexión de un circuito integrado que contiene un multiplexor de 8 entradas y señal de <<strobe>> Estas entradas de control están unidas entre sí de manera que cuando, por ejemplo, aparece en la línea de salida del primer multiplexor I1, en la salida del segundo estará I9, en la del tercero I17 y en la del último I25. Si queremos sacar a la salida del conjunto de multiplexores cualquiera de las líneas de salida anteriormente citadas, necesitaremos utilizar un multiplexor de 4 entradas y, con sus señales de control, activaremos la entrada que nosotros deseemos. Así, por ejemplo, para tener en la salida final la línea de entrada I1, habría que poner en el último multiplexor de 4 entradas la combinación 00 en sus señales de control Por último, destacaremos que los multiplexores, además de seleccionar datos, tienen otras aplicaciones importantes, a saber La conversión paralelo - serie. Como puede ser conducir la salida en paralelo de un ordenador hacia un terminal remoto a través de una línea de transmisión serie.

ELECTRONICA DIGITAL - La generación de funciones para lógica combinatoria. Demultiplexor

[Selecciona r fecha] Esquema de un demultiplexor 1 a 2. Puede ser comparado a un conmutador controlado. En electrónica digital, un demultiplexor es un circuito combinacional que tiene una entrada de información de datos d y n entradas de control que sirven para seleccionar una de las 2n salidas, por la que ha de salir el dato que presente en la entrada. Esto se consigue aplicando a las entrada de control la combinación binaria correspondiente a la salida que se desea seleccionar. Por ejemplo, si queremos que la información que tenemos en la entrada d, salga por la salida S4, en las entrada de control se ha de poner, de acuerdo con el peso de las misma, el valor 100, que es el 4 en binario En el campo de las telecomunicaciones el demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un medio de transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes de la misma encaminándolas a las salidas correspondientes La señal compleja puede ser tanto analógica como digital y estar multiplexada en cualquiera de las distintas formas posibles para cada una de ellas.

Diagrama lógico de un demultiplexor 1 a 4.

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El demultiplexor, es un circuito combinacional que aunque la función básica es la que hemos explicado, puede utilizarse en muchos casos como decodificador y adopta cualquiera de las funciones que un decodificador realiza Una aplicación muy práctica de los demultiplexores utilizados como decodificadores, si lo combinamos con una puerta NO-Y NAND, es la generación de funciones lógicas, de modo, que si nos dan la función lógica F=S3(2,4,5,7), las salidas correspondientes a los unos lógicos se conectarían a la puerta NO-Y. En este caso la entrada de información se puede utilizar como entrada inhibidora si mantenemos a cero lógico, y subiéndola a uno, cuando queremos inhibir la generación de la función Una de las funciones que realiza el decodificador hexadecimal como demultiplexor, es la función de conectar, a sendos contadores, C0 a C15, que reciben los impulsos de una entrada común a todos. Cada uno posee una entrada de inhibición que según el estado en que se encuentra (0,1), permite o no que se realice el contaje de los implusos. Cada entrada de inhibición se conecta a una salida del demultiplexor.

LOS DEMULTIPLEXORES Una de las aplicaciones más características de los decodificadores era su transformación en los circuitos digitales denominados demultiplexores.

Un demultiplexor consta de una entrada de datos, varias señales de control y las líneas de salida El Demultiplexor es un circuito destinado a transmitir una señal binaria a una determinada línea, elegida mediante un seleccionador, de entre las diversas líneas existentes. El dispositivo mecánico equivalente a un demultiplexor será un conmutador rotativo unipolar, de tantas posiciones como líneas queramos seleccionar. El seleccionador determina el ángulo de giro del brazo del conmutador.

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[Selecciona r fecha] La analogía mecánica de un demultiplexor es un selector con una entrada y varias posiciones de salida

Un decodificador se convierte en un demultiplexor añadiéndole una señal más a su circuitería interna. Si se aplica esta señal, la salida será el complemento de dicha señal, ya que la salida es 0 si todas las entradas son 1, y aparecerá únicamente en la línea seleccionada Se puede aplicar a un demultiplexor una señal de habilitación o "enable", conectándose en cascada el decodificador con el circuito compuesto de una puerta AND y dos puertas NOT cuyas entradas son la señal de habilitación y el dato que queremos transmitir Si la entrada de habilitación es 0, la salida será el complemento del dato, es decir, que el dato aparecerá en la línea con el código deseado. Si la entrada de "enable" es 1, la salida será 0, se inhiben los datos en cualquier línea y todas las entradas permanecen en 1 Veamos, de otra manera, en qué consiste la función de un circuito demultiplexor. Estos son circuitos que realizan una función contraria a la de los multiplexores, es decir, tienen una única entrada de datos que, mediante unas entradas de control, se pone en comunicación con una de entre varias salidas de datos. La salida concreta seleccionada depende de la combinación de valores lógicos presentada en las entradas de control. De la definición ya se desprende que cualquier decodificador que excite sólo una salida entre varias, y esté provisto de entrada de inhibición o "enable", puede utilizarse como demultiplexor, ya que las entradas del código se pueden emplear como entradas de control y la señal de inhibición como entrada de datos Por el contrario, los decodificadores del tipo BCD a 7 segmentos que dan varias de sus salidas para cada combinación de entrada, no pueden ser utilizados como demultiplexores.

En la práctica, no existen circuitos integrados demultiplexores, sino que se fabrican circuitos decodificadores/demultiplexores, que en realidad son decodificadores con entrada de inhibición ("enable" o "strobe"). En la figura se muestra la construcción mediante puertas lógicas de un decodificador/demultiplexor de 2 a 4 líneas.

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A continuación, veremos el funcionamiento de un decodificador como demultiplexor. Suponemos que se ha representado una combinación de entradas, como por ejemplo 1 0 1, es decir, A /B C, y con ellas se selecciona la salida número 5. Cuando se ponga 1 en la entrada de "enable" se tendrá 1 en la salida 5, y cuando se ponga 0 en la señal de "strobe" aparecerá 0 en 5, es decir, que la salida sigue a la entrada de datos y ésta es, precisamente, la función del Demultiplexor Dentro de los demultiplexores existen varios tipos característicos y utilizados dentro de nuestro PC. Describamos algunos de ellos. Demultiplexor de 4 a 16 líneas Si un valor correspondiente a un número decimal que exceda de nueve se aplica a las entradas de un demultiplexor, la orden queda rechazada, por lo tanto, las diez salidas quedarán a 1. Si se desea seleccionar una de 16 líneas de salida, el sistema se ampliará añadiendo seis puertas NAND más y se emplearán los 16 códigos posibles con cuatro bit binarios El Demultiplexor de 4 a 16 líneas tiene 4 líneas de selección, 16 de salida, una entrada de "enable", una entrada de datos, una toma de tierra y otra para la alimentación, de modo que en total se precisa un encapsulado de 24 patillas También existen demultiplexores de 2 a 4 y 3 a 8 líneas encapsulados e integrados individuales Un Demultiplexor de 1 a 2 líneas se forma con dos puertas NAND de otras tantas entradas. La línea de salida 0 proviene de la NAND, cuyas entradas son la de datos y la línea A; mientras que la salida 1 está conectada a la NAND, cuyas entradas son la de datos y la señal A. Esta última entrada se denomina de control, ya que si A es 0, en la línea 0 aparecerá el complemento del dato. Demultiplexores de gran número de líneas Si el número de salidas excede de 16 se emplean demultiplexores de 16, 8, 4 ó 2 líneas, dispuestos formando una cascada para conseguir el número de salidas deseado.

Para construir un demultiplexor superior a 16 líneas, es necesario combinar los distintos tipos de multiplexor de 2, 4, 8 ó 16 líneas. Este es el caso del multiplexor de 32 líneas Por ejemplo, para un demultiplexor de 32 líneas podemos emplear uno de cuatro líneas del que se ramifican cuatro demultiplexores de 8 líneas, como se indica en la figura correspondiente. Observemos que el número total de salidas es el producto del número de líneas de los cuatro multiplexores por el número de ellos, es decir, 4 * 8 = 32. Las líneas 0 a 7 se decodifican en el

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primer demultiplexor, mientras que el segundo decodifica las ocho siguientes, y así sucesivamente Para el valor de las señales de control del demultiplexor de cuatro líneas igual a 01, las líneas 8 a 15 se decodifican secuencialmente a medida que las señales de control A B C pasan desde 0 0 0 hasta 1 1 1. Por ejemplo, la línea 12 se decodificará con la selección de todas las señales de control de los demultiplexores de cuatro y ocho líneas, con el siguiente resultado 0 1 1 0 0, que no es más que la representación binaria del número decimal 12. Puesto que en un encapsulado hay dos demultiplexores de 2 a 4 líneas, para el sistema representado se necesitará el equivalente a 4,5 encapsulados. Este mismo sistema se puede lograr con un demultiplexor de 8 líneas y ocho de 4 líneas o con uno de 2 líneas y dos de 16. El diseño más apropiado viene determinado por el coste total.

Aplicaciones de los demultiplexores La transferencia de información es una operación básica en cualquier sistema digital. Aunque los detalles internos del registro, la forma en que se transfiere la información desde el exterior al registro y cómo sale de éste hacia el exterior, serán estudiados en su tema correspondiente, consideraremos en este caso la utilización de multiplexores y demultiplexores en el proceso de transferencia entre registros.

Una de las aplicaciones es la transferencia de datos desde un registro Según el valor de la señal de control, se selecciona qué entrada pasa a la salida del multiplexor. Cuando se aplique el pulso de transferencia al registro, dicha señal de salida pasa al registro Análogamente, podemos plantearnos el circuito demultiplexor para varios bits.

LOS DECODIFICADORES

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En el tema de los codificadores vimos en qué consistía un codificador, es decir, explicábamos cómo pasar una información utilizada usualmente a una forma codificada que pueda entender nuestro ordenador. Seguidamente, describiremos el modo de realizar la función opuesta mediante los llamados decodificadores.

Decodificador básico de dos entradas y cuatro salidascontruido a partir de compuertas NAND En un sistema digital, como puede ser nuestro PC, se pueden transmitir tanto instrucciones como números mediante niveles binarios o trenes de impulsos. Si, por ejemplo, los cuatro bits de un mensaje se disponen para transmitir órdenes, se pueden lograr 16 instrucciones diferentes, esto es lo que denominábamos, información codificada en sistema binario. Otras veces nos interesa que un conmutador de varias posiciones pueda funcionar de acuerdo con este código, es decir, para cada uno de los dieciséis códigos debe ser excitada una sola línea. A este proceso de identificación de un código particular se le denomina decodificación Dicho de otra manera, un decodificador realiza la función opuesta a la de codificar, es decir, convierte un código binario de varias entradas en salidas exclusivas. Podemos distinguir dos tipos básicos de decodificadores: los excitadores y los no excitadores. En el primero de los casos tenemos, por ejemplo, aquellos cuya misión es convertir el código BCD de sus entradas al formato de salida necesario para excitar un visualizador numérico o alfanumérico.

Decodificador de cuatro entradas y siete salidas del tipo no excitado Para entender el segundo de los tipos veamos algunos ejemplos de ellos. Tomemos un decodificador de dos entradas. Este hará corresponder, a cada una de las cuatro palabras posibles de formar con las dos entradas, una de las salidas. Para la salida Y0, será 1 cuando los bits de

ELECTRONICA DIGITAL entrada A y B son 0. Luego, la expresión booleana que le corresponde es: Y0 = /A * /B. El mismo razonamiento se puede repetir para el resto de salidas.

[Selecciona r fecha] Dentro de este mismo tipo de decodificadores tenemos el BCD a decimal. Supongamos que deseamos decodificar una instrucción BCD que represente un número dígito decimal, como puede ser el 5; esta operación se puede llevar a cabo con una puerta AND de cuatro entradas excitadas por los cuatro bits BCD. Por ejemplo, la salida de la puerta AND será 1 si las entradas son 1, 0, 1, 0. Puesto que este código representa el número decimal 5, la salida se señala como línea 5. Si completamos un decodificador BCD a decimal, éste tendrá cuatro entradas, normalmente denominadas A, B, C y D, y diez líneas de salida. Las entradas complementarias, /A, /B, /C y /D, se pueden obtener por medio de inversores dentro del propio integrado. Habitualmente, para su construcción se emplean puertas NAND y, por lo tanto, una salida es 0 si el código resulta correcto en BCD y será 1 para cualquier otro código no válido. A este sistema digital también se le denomina decodificador 4 a 10, indicando que una entrada de cuatro bits selecciona una de las diez líneas de salida En este decodificador, los estados 1010, 1011, 1100, 1110, 1101 y 1111 no están incluidos en el código BCD, y se consideran como datos falsos de entrada produciéndose para todas ellas un 1 en todas las salidas, como se indicó anteriormente. Luego, estamos ante un decodificador BCD a decimal con rechazo de datos falsos de entrada También se puede construir un decodificador BCD a decimal que no rechace los datos falsos de entrada. Este decodificador minimiza el número de entradas de las puertas NAND. Así, por ejemplo, si se presentase en las entradas del decodificador la combinación 1111, aparecería señal en las salidas 7 y 9. Es decir, se han tomado los datos de entrada falsos como condiciones opcionales En muchas aplicaciones es deseable que la decodificación se realice únicamente durante intervalos de tiempo específicos, de forma que sean rechazados los datos de entrada que no parezcan durante esos intervalos. Esto se consigue añadiendo una entrada denominada "strobe". Cuando esta señal es 1 se ejecuta la decodificación y cuando es 0 se inhibe la decodificación. Dependiendo de que el decodificador rechace o no los datos falsos, el modo de utilizar la señal de "strobe" debe ser distinto Este tipo de circuito lo podemos observar en la figura correspondiente, donde la inhibición para la decodificación se logra mediante una entrada extra en cada puerta NAND del decodificador. Cuando esta entrada es 0 las salidas son todas 1 y no se permite la

decodificación Dentro del tipo de decodificadores excitadores podemos poner como ejemplo uno de los más utilizados en la electrónica digital: el

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llamado decodificador excitador BCD - 7 segmentos En la actualidad, se utilizan normalmente una serie de dispositivos de representación visual fabricados a base de siete segmentos o barras independientes, mediante las cuales se pueden presentar los dígitos decimales Estos segmentos pueden ser cristales líquidos, diodos LED, etc. Para excitar a estos dispositivos se han desarrollado toda una gama de decodificadores que reciben la información, procedente de un ordenador o de un aparato de medida, en código BCD y entregan siete salidas preparadas para alimentar los siete segmentos que componen cada dígito decimal. Veamos la estructura de un decodificador excitador BCD-7 segmentos de los más sencillos.

Típica aplicación de un decodificador conectado a un LED Dado que el código BCD permite hasta 16 combinaciones diferentes y sólo se utilizan 10 para dígitos decimales y 5 para signos especiales, la combinación que queda apaga todos los segmentos. Existe una entrada añadida a las de los cuatro bits del código, que sirve para impedir o permitir la salida del decodificador una vez representadas las entradas. Por lo tanto, el decodificador será un sistema combinacional de cinco entradas y siete salidas Representamos la tabla de verdad correspondiente solamente a los diez dígitos decimales, teniendo en cuenta que la entrada de inhibición o "strobe" siempre se encuentra a 1: Entradas

abcdefg

SIGNO

0000

1111110

1000

0110000

0100

1101101

1100

1111001

0010

0110011

1010

1011011

0110

0011111

1110

1110000

0001

1111111

1001

1110011

ABCD

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A partir de esta tabla se pueden obtener todas las expresiones booleanas para la construcción de cada una de las salidas del código de 7 segmentos.

La representación visual de los diez dígitos decimales se suele realizar a través del denominado código de visualización de siete segmentos La entrada de inhibición se puede aplicar de diversas formas y en distintas etapas, según convenga, para la realización física del circuito integrado.

Los decodificadores suelen ir conectados a las entradas de etapa de presentación visual, como en el caso de la conexión de un cristal líquido Hemos de tener presente que, según el sistema de visualización utilizado en la información, hará falta un tipo distinto de decodificador: siete segmentos, matrices de puntos, impresora, etc. Los circuitos combinatorios decodificadores se diseñarán, dependiendo de su complejidad, a partir de una memoria ROM. Para otros usos de este término, véase Codificador (desambiguación). Un codificador es un circuito combinacional con 2N entradas y N salidas, cuya misión es presentar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada. Existen dos tipos fundamentales de codificadores: codificadores sin prioridad y codificadores con prioridad. En el caso de codificadores sin prioridad, puede darse el caso de salidas cuya entrada no pueda ser conocida: por ejemplo, la salida 0 podría indicar que no hay ninguna entrada activada o que se ha activado la entrada número 0. Además, ciertas entradas pueden hacer que en la salida se presente

ELECTRONICA DIGITAL la suma lógica de dichas entradas, ocasionando mayor confusión. Por ello, este tipo de codificadores es usado únicamente cuando el rango de datos de entrada está correctamente acotado y su funcionamiento garantizado.

[Selecciona r fecha] Dirección local de lugar. Para evitar los problemas anteriormente comentados, se diseñan los codificadores con prioridad. En estos sistemas, cuando existe más de una señal activa, la salida codifica la de mayor prioridad (generalmente correspondiente al valor decimal más alto). Adicionalmente, se codifican dos salidas más: una indica que ninguna entrada está activa, y la otra que alguna entrada está activa. Esta medida permite discernir entre los supuestos de que el circuito estuviera deshabilitado por la no activación de la señal de capacitación, que el circuito no tuviera ninguna entrada activa, o que la entrada número 0 estuviera activada También entendemos como codificador (códec), un esquema que regula una serie de transformaciones sobre una señal o información. Estos pueden transformar un señal a una forma codificada usada para la transmisión o cifrado o bien obtener la señal adecuada para la visualización o edición (no necesariamente la forma original) a partir de la forma codificada.

En este caso, los codificadores son utilizados en archivos multimedia para comprimir audio, imagen o vídeo, ya que la forma original de este tipo de archivos es demasiado grande para ser procesada y transmitida por los sistema de comunicación disponibles actualmente. Se utilizan también en la compresión de datos para obtener un tamaño de archivo menor Según esta nueva definición, podemos dividir los codificadores en códecs sin pérdidas y códecs con pérdidas, según si la información que se recupera coincide exactamente con la original o es una aproximación.

LOS CODIFICADORES

Al diseñar un sistema digital es necesario representar o codificar en forma binaria la información numérica y alfanumérica que se obtiene de dicho sistema y, para ello, existen los ciruitos combinatorios denominados codificadores Un codificador es un circuito combinatorio que cuenta con un número determinado de entradas, de las cuales sólo una tiene el estado lógico 1, y se genera un código de varios bits que depende de cuál sea la entrada excitada.

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[Selecciona r fecha] Diagrama de bloques de un codificador de 10 entradas y 4 salidas Para ilustrar esto mejor pongamos un ejemplo. Supongamos que queremos transmitir un código binario con cada una de las pulsaciones de un teclado númerico, como puede ser el de una calculadora, en éste existen diez dígitos y al menos seis caracteres especiales y, si consideramos sólo las diez cifras, esta condición la podemos satisfacer con cuatro bit. Pero variemos el circuito de la calculadora para entender mejor el ejemplo. Modifiquemos el teclado de tal manera que al presionar una tecla se cierre el pulsador que conectará una línea de entrada.

En el interior del bloque podemos imaginar unos conductores cruzados que unen entradas y salidas entre sí. Veamos cómo han de conectarse a fin de que den los códigos deseados. Para representar los códigos de salida utilizaremos el denominado código BCD. La tabla de verdad que define este codificador es la siguiente: Entradas

Salidas

1234567890

Y4 Y3 Y2 Y1

0000000001

0000

0000000010

0001

0000000100

0010

0000001000

0011

0000010000

0100

0000100000

0101

0001000000

0110

0010000000

0111

0100000000

1000

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1001

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Cuando alguna de las entradas está a 1, quiere decir que el pulsador correspondiente está accionado. Como suponemos que no hay más que un pulsador activado simultáneamente, entonces en cualquier línea de la tabla todas las entradas excepto una serán 0 A partir de la tabla se deduce que la salida Y1 será 1 si lo es la entrada 9, ó la 7, ó la 5, ó la 3, ó la 1, de ahí que la ecuación booleana correspondiente a esta salida sea la suma de las entradas 1, 3, 5, 7 y 9. Si seguimos analizando la tabla obtendremos, de forma análoga, las ecuaciones que tienen que cumplir las salidas Y2, Y3 e Y4.

Cada una de las ecuaciones que salen de la tabla de verdad se podrán componer con puertas OR, construidas con diodos. En nuestro ejemplo, el bloque que antes habíamos diseñado imaginariamente con una trama de conductores, ahora lo conectaremos a través de diodos; y a este nuevo bloque lo denominaremos matriz de diodos.

Los tipos de codificadores más usuales en el mercado son los de matrices de diodos

Todos los diodos del codificador pueden ser sustituidos por otro correspondiente formado por la base y el emisor de un transistor. Si el colector se une a la tensión de alimentación, entonces resulta una puerta OR seguidor de emisor.

Por otro lado, en realidad sólo se requiere un transistor con emisor múltiple para cada entrada del codificador. La base está unida a la línea de entrada, y cada emisor se conecta a una línea de salida diferente de acuerdo con la

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lógica del codificador. Por ejemplo, la línea de entrada 7 está unida a tres diodos cuyos cátodos van a las salidas 1, 2 y 3; esta combinación puede ser sustituida por un transistor de tres emisores, conectado como se indica en la figura. El número máximo de emisores que se puede necesitar es igual al número de bits del código de salida Normalmente un codificador utiliza niveles de salida TTL. Si cada línea de salida del codificador va a la entrada de datos de una formación tótem, tendremos una salida en tótem. Si, por el contrario, conectamos dicha salida a la entrada de datos de una etapa de colector abierto, estaremos ante una salida en colector abierto Dentro de los codificadores podemos distinguir varios tipos, como el descrito anteriormente de células con diodos, y los denominados codificadores con prioridad. Codificadores con prioridad y señal de habilitación

Circuito integrado típico de un codificador con prioridad Vamos a prescindir ahora de la condición supuesta anteriormente y referida a que en cualquier momento sólo puede haber un pulsador accionado. Si, de un modo fortuito, se pulsan simultáneamente varias teclas, vamos a dar prioridad y codificar la línea de datos de orden superior. Por ejemplo, si se excitan las entradas 5 y 6, lo que se desea es que la salida sea la que corresponde a la entrada 6. Para seguir el mismo procedimiento, a fin de entender este tipo de codificadores, describamos su tabla de verdad: Entradas

Salidas

9876543210

Y4 Y3 Y2 Y1

0000000001

0000

000000001X

0001

00000001XX

0010

0000001XXX

0011

000001XXXX

0100

00001XXXXX

0101

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0001XXXXXX

0110

01XXXXXXXX

1110

1XXXXXXXXX

1001

Esta tabla corresponde a un codificador con prioridad de 10 a 4 líneas. La X indica que esa entrada puede tomar cualquier valor, es decir, puede ser 0 ó 1, por lo que el estado X es irrelevante. No obstante, ahora habrá que tener en cuenta un 0 en la tabla, mientras que en el caso anterior podíamos ignorarlo, ya que dicha tabla viene determinada únicamente por los 1 en su diagonal. Si analizáramos los distintos valores que toman las salidas, e intentáramos expresar su ecuación booleana correspondiente, veríamos que son ecuaciones bastantes complicadas Para construir mediante puertas la tabla de verdad anteriormente citada, se utilizarán puertas AND-OR de dos y cuatro entradas. Normalmente, este tipo de lógica se fabrica en un chip integrado a escala media, cuya prioridad codifica diez líneas - decimal a cuatro líneas BCD Entre las aplicaciones de este tipo de codificadores destacan la codificación de pequeños teclados, la conversión analógica a digital y el control de perturbaciones en los ordenadores Finalmente, señalaremos que la mayor aplicación de los codificadores se da en el campo de la construcción, a partir de ellos mismos, de los denominados multiplexores.

Decodificador

Un decodificador o descodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a la del codificador, esto es, convierte un código binario de entrada (natural, BCD, etc.) de N bits de entrada y M líneas de salida (N puede ser cualquier entero y M es un entero menor o igual a 2 N), tales que cada línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada. Estos circuitos, normalmente, se suelen encontrar como decodificador / demultiplexor. Esto es debido a que un demultiplexor puede comportarse como un decodificador Si por ejemplo tenemos un decodificador de 2 entradas con 22=4 salidas, en el que las entradas, su funcionamiento sería el que se indica en la siguiente tabla, donde se ha considerado que las salidas se activen con un "uno" lógico:

Ejemplo decodificador. Tabla de verdad para el decodificador 2 a 4

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Entradas

Salidas

Un tipo de decodificador muy empleado es el de siete segmentos. Este circuito decodifica la información de entrada en BCD a un código de siete segmentos adecuado para que se muestre en un visualizador de siete segmentos.

Aplicaciones del Decodificador

Su función principal es la de direccionar espacios de memoria. Un decodificador de N entradas puede direccionar 2N espacios de memoria Para poder direccionar 1kb de memoria necesitaría 10 bits, ya que la cantidad de salidas seria 210, igual a 1024. De esta manera: • •

Con 20 bits tengo 220 que es 1Mb. Con 30 bits tengo 230 que es 1Gb.

LOS DECODIFICADORES

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Decodificador básico de dos entradas y cuatro salidas construido a partir de compuertas NAND

En un sistema digital, como puede ser nuestro PC, se pueden transmitir tanto instrucciones como números mediante niveles binarios o trenes de impulsos. Si, por ejemplo, los cuatro bits de un mensaje se disponen para transmitir órdenes, se pueden lograr 16 instrucciones diferentes, esto es lo que denominábamos, información codificada en sistema binario. Otras veces nos interesa que un conmutador de varias posiciones pueda funcionar de acuerdo con este código, es decir, para cada uno de los dieciséis códigos debe ser excitada una sola línea. A este proceso de identificación de un código particular se le denomina decodificación •

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Dicho de otra manera, un decodificador realiza la función opuesta a la de codificar, es decir, convierte un código binario de varias entradas en salidas exclusivas. Podemos distinguir dos tipos básicos de decodificadores: los excitadores y los no excitadores. En el primero de los casos tenemos, por ejemplo, aquellos cuya misión es convertir el código BCD de sus entradas al formato de salida necesario para excitar un visualizador numérico o alfanumérico.

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Decodificador de cuatro entradas y siete salidas del tipo no excitado

Para entender el segundo de los tipos veamos algunos ejemplos de ellos. Tomemos un decodificador de dos entradas. Este hará corresponder, a cada una de las cuatro palabras posibles de formar con las dos entradas, una de las salidas. Para la salida Y0, será 1 cuando los bits de entrada A y B son 0. Luego, la expresión booleana que le corresponde es: Y0 = /A * /B. El mismo razonamiento se puede repetir para el resto de salidas.

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Dentro de este mismo tipo de decodificadores tenemos el BCD a decimal. Supongamos que deseamos decodificar una instrucción BCD que represente un número dígito decimal, como puede ser el 5; esta operación se puede llevar a cabo con una puerta AND de cuatro entradas excitadas por los cuatro bits BCD. Por ejemplo, la salida de la puerta AND será 1 si las entradas son 1, 0, 1, 0. Puesto que este código representa el número decimal 5, la salida se señala como línea 5. • Si completamos un decodificador BCD a decimal, éste tendrá cuatro entradas, normalmente denominadas A, B, C y D, y diez líneas de salida. Las entradas complementarias, /A, /B, /C y /D, se pueden obtener por medio de inversores dentro del propio integrado. Habitualmente, para su construcción se emplean puertas NAND y, por lo tanto, una salida es 0 si el código resulta correcto en BCD y será 1 para cualquier otro código no válido. A este sistema digital también se le denomina decodificador 4 a 10, indicando que una entrada de cuatro bits selecciona una de las diez líneas de salida.

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En este decodificador, los estados 1010, 1011, 1100, 1110, 1101 y 1111 no están incluidos en el código BCD, y se consideran como datos falsos de entrada produciéndose para todas ellas un 1 en todas las salidas, como se indicó anteriormente. Luego, estamos ante un decodificador BCD a decimal con rechazo de datos falsos de entrada. También se puede construir un decodificador BCD a decimal que no rechace los datos falsos de entrada. Este decodificador minimiza el número de entradas de las puertas NAND. Así, por ejemplo, si se presentase en las entradas del decodificador la combinación 1111, aparecería señal en las salidas 7 y 9. Es decir, se han tomado los datos de entrada falsos como condiciones opcionales.

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En muchas aplicaciones es deseable que la decodificación se realice únicamente durante intervalos de tiempo específicos, de forma que sean rechazados los datos de entrada que no parezcan durante esos intervalos. Esto se consigue añadiendo una entrada denominada "strobe". Cuando esta señal es 1 se ejecuta la decodificación y cuando es 0 se inhibe la decodificación. Dependiendo de que el decodificador rechace o no los datos falsos, el modo de utilizar la señal de "strobe" debe ser distinto.

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Este tipo de circuito lo podemos observar en la figura correspondiente, donde la inhibición para la decodificación se logra mediante una entrada extra en cada puerta NAND del decodificador. Cuando esta entrada es 0 las salidas son todas 1 y no se permite la decodificación.

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Dentro del tipo de decodificadores excitadores podemos poner como ejemplo uno de los más utilizados en la electrónica digital: el llamado decodificador excitador BCD - 7 segmentos.

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En la actualidad, se utilizan normalmente una serie de dispositivos de representación visual fabricados a base de siete segmentos o barras independientes, mediante las cuales se pueden presentar los dígitos decimales. Estos segmentos pueden ser cristales líquidos, diodos LED, etc. Para excitar a estos dispositivos se han desarrollado toda una gama de decodificadores que reciben la información, procedente de un ordenador o de un aparato de medida, en código BCD y entregan siete salidas preparadas para alimentar los siete segmentos que componen cada dígito decimal. Veamos la estructura de un decodificador excitador BCD-7 segmentos de los más sencillos.

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Típica aplicación de un decodificador conectado a un LED

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Dado que el código BCD permite hasta 16 combinaciones diferentes y sólo se utilizan 10 para dígitos decimales y 5 para signos especiales, la combinación que queda apaga todos los segmentos. Existe una entrada añadida a las de los cuatro bits del código, que sirve para impedir o permitir la salida del decodificador una vez representadas las entradas. Por lo tanto, el decodificador será un sistema combinacional de cinco entradas y siete salidas.

Representamos la tabla de verdad correspondiente solamente a los diez dígitos decimales, teniendo en cuenta que la entrada de inhibición o "strobe" siempre se encuentra a 1:

Entradas

abcdefg

SIGNO

0000

1111110

1000

0110000

0100

1101101

1100

1111001

0010

0110011

1010

1011011

0110

0011111

1110

1110000

0001

1111111

ABCD

8 1001

1110011

A partir de esta tabla se pueden obtener todas las expresiones booleanas para la construcción de cada una de las salidas del código de 7 segmentos.

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[Selecciona r fecha] La representación visual de los diez dígitos decimales se suele realizar a través del denominado código de visualización de siete segmentos

La entrada de inhibición se puede aplicar de diversas formas y en distintas etapas, según convenga, para la realización física del circuito integrado.

Los decodificadores suelen ir conectados a las entradas de etapa de presentación visual, como en el caso de la conexión de un cristal líquido

Hemos de tener presente que, según el sistema de visualización utilizado en la información, hará falta un tipo distinto de decodificador: siete segmentos, matrices de puntos, impresora, etc. Los circuitos combinatorios decodificadores se diseñarán, dependiendo de su complejidad, a partir de una memoria ROM. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Es un circuito digital que acepta datos binarios de una fuente de entrada y luego los desplaza, un bit a la vez, a través de una cadena de flip-flops. Este sistema secuencial

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es muy utilizado en los sistemas digitales. Un ejemplo de esto se ve en las calculadoras comunes, donde al escribir una cifra de varios números, se nota que el primer número pulsado le cede espacio a los demás corriéndose a la izquierda, donde además se nota que hay características de memoria porque se mantienen visualizados los números pulsados. Los registros de desplazamiento son construidos a partir de flip-flops. Además de tener características de memoria y la función de desplazar datos, también se utilizan para convertir datos serie a paralelo y paralelo a serie.

Figura 1 Ejemplo de registro de desplazamiento

Un método de identificar los registros de desplazamiento es por la forma en que se introducen y leen los datos en la unidad de almacenamiento. Existen cuatro categorías de registro de desplazamiento.

Entrada serie/Salida serie

Entrada serie/Salida paralelo

ELECTRONICA DIGITAL Entrada paralelo/Salida serie

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Entrada paralelo/Salida paralelo