GUIA DE CATEDRA MATERIA Electrónica Digital

Corporación Universitaria Minuto de Dios
Regional Bogotá – Sur
GUIA DE CATEDRA
Desarrollo de cátedra no Presencial
MATERIA Electrónica Digital
Guía N. __04____ F. Elaboración 26/9/2008 F. 1° Revisión___________ Pagina 1 de 6
Plan de Estudios: Tecnología Electrónica Semestre: 1 Área:
Nº Créditos: 2
Intensidad horaria semanal: Hrs T
Hrs P
Total horas: 3
Tema: Diseño Lógico Combinacional
1.
OBJETIVO
Después de aprender las distintas compuertas lógicas y las operaciones booleanas de simplificación el
estudiante aprenderá mediante la combinación de estas a implementar circuitos específicos de gran utilidad en
el mundo digital.
2.
-
CONTENIDO
Codificadores y Decodificares
Multiplexores y Demultiplexores
3.
MARCO TEORICO
Codificadores. En un sentido general, se puede decir que un codificador es un circuito hecho para pasar
información de un sistema a otro con clave diferente, y en tal caso un decodificador sería el circuito o
dispositivo que retorne los datos o información al primer sistema. Un codificador es un bloque combinacional
hecho para convertir una entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. En otras palabras, es un
circuito integrado por un conjunto de componentes electrónicos con la habilidad para mostrar en sus terminales
de salida un Word binario (01101, 1100, etc.), equivalente al número presente en sus entradas, pero escrito en
un código diferente. Por ejemplo, un Octal-to-binary encoder es un circuito codificador con ocho entradas (un
terminal para cada dígito Octal, o de base 8) y tres salidas (un terminal para cada bit binario).
Los codificadores pueden, también, proporcionar otras operaciones de conversión, tal como ocurre en las
calculadoras de bolsillo con el teclado: El Keyboard (teclas, llaves) encoder convierte la posición de cada tecla
(No. 9, No. 3, No. 5, + , %, etc.) en su correspondiente word asignado previamente. Un ejemplo de lo anterior
es el teclado codificador en ASCII (American Standard Code for Information Interchange), que genera el word
de 7 bits 0100101 cuando es presionada la tecla del porcentaje(%).
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 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. 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.
Ejemplos de Codificadores son:
74148, 74348 Codificador de Prioridad Octal de 8 a 3
74147 Codificador de Prioridad Decimal a BCD de 10 a 4 líneas.
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Decodificadores. 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. En la figura de abajo vemos un decodificador de 2 a 4 bits.
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.
Un decodificador 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 2N), tales que cada línea de salida será
activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada.
Ejemplos de decodificadores son 7441, 74139, 74155, 74156, 7442,7443, 7444,7447, 7448.
Multiplexores. El multiplexor es el equivalente lógico digital de un interruptor giratorio de varias posiciones, tal
como la llave que sirve para seleccionar las bandas de un receptor de radio. Un multiplexor típico en circuitos
integrados es aquel que puede seleccionar cualquiera de varias líneas de entrada y comunicar a una línea
común de salida el nivel lógico que allí encuentre. Mediante unas líneas auxiliares de control binario se le
puede "direccionar" para que se "estacione" en determinada línea de entrada de datos (la primera, la quinta,
séptima, etc.) con el fin de que aquellos sean comunicados a la línea de salida.
Un integrado multiplexor común tiene 8 entradas de datos (bits), tres entradas direccionadas (address) y una
sola línea para salida de datos. Cuando la dirección 101 -leer "uno- cero - uno" - es aplicada al multiplexor, la
entrada 5 es "comunicada" con la salida. Aprovechando el fenómeno conocido como "persistencia visual", se
emplean con mucha frecuencia circuitos multiplexor en el manejo de los visualizadores numéricos de las
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calculadoras y relojes electrónicos portátiles, ya que así se logra disminuir el consumo de corriente y la cantidad
de pines (patas) que deberían llegar hasta el circuito activador.
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.
Circuitos integrados Multiplexores son 74153, 74253, 74157, 74298, 74151 entre otros.
Demultiplexores. El demultiplexer funciona de manera contraria al multiplexer: tiene una sola línea para
entrada de datos y dos o más salidas seleccionables. Tal como ocurre con el multiplexer, un conjunto de
terminales
de
entrada
conocidos
como
"address"
direcciona
o
escoge
la
salida.
El address necesita una cantidad de terminales suficientes para recibir la cantidad de bits que conforman el
número binario equivalente al máximo de salidas. Así, por ejemplo, un demultiplexer de 1 línea a 8 líneas,
requiere tres bits para poder "llevar" la entrada hasta la salida octava (address 111 es el número binario
equivalente al decimal 7, pero corresponde a la posición octava por tener en cuenta que el 000 es la posición
primera).
Los demultiplexer (DeMUX) se usan junto con los multiplexer(MUX) para llevar por una misma línea varias
conversaciones telefónicas simultáneas, con lo cual se reducen notablemente los costos y la cantidad de
alambres que tendrían que interconectar las estaciones en caso de un circuito convencional estático. 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.
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. Ejemplos de demultiplexores son: 74139, 74155, 74156, 74138
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Comparadores. Un circuito comparador combinatorio compara dos entradas binarias (A y B de n bits) para
indicar la relación de igualdad o desigualdad entre ellas por medio de "tres banderas lógicas" que corresponden
a las relaciones A igual B, A mayor que B y A menor que B. Cada una de estas banderas se activara solo
cuando la relación a la que corresponde sea verdadera, es decir, su salida será 1 y las otras dos producirán
una salida igual a cero.
Dentro de la familia de circuitos TTL se les denomina a estos circuitos con el número 7485 y manejan entradas
de 4 bits, además de que también se les puede conectar en cascada para manejar entradas más grandes.
A continuación vemos un comparador de 2 bits
Sumadores. En electrónica un sumador es un circuito lógico que calcula la operación suma. En los
computadores modernos se encuentra en lo que se denomina Unidad aritmético lógica (ALU). Generalmente
realizan las operaciones aritméticas en código binario decimal o BCD exceso 3, por regla general los
sumadores emplean el sistema binario. En los casos en los que se esté empleando un complemento a dos para
representar números negativos el sumador se convertirá en un sumador-substractor (Adder-subtracter).
Supongamos que deseamos sumar dos números de aritmética decimal y que queremos obtener los dígitos de
las centenas; entonces, debemos sumar conjuntamente no sólo los dígitos de las centenas de cada número
sino también los dígitos que se arrastran de las decenas, si existen. De forma similar, cuando utilizamos
números binarios y los tenemos que sumar, no sólo tomaremos los dígitos de cada lugar significativo de los dos
números que han de sumarse sino también el dígito que se arrastra del lugar significativo próximo inferior. Este
funcionamiento se lleva a cabo de dos modos:
1º.Sumando los dos bits correspondientes a los dígitos más significativos.
2º.Sumando el resultado de lo que llevamos del dígito inmediatamente anterior a los más significativos.
Al sumador de dos entradas se le denomina semisumador, ya que la suma completa requiere dos
semisumadores. Aquí, empezaremos por analizar el sumador completo.
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Dos números de varios dígitos pueden ser sumados en serie, es decir, una columna cada vez, o en paralelo,
esto es, todas las columnas simultáneamente. Vamos a considerar, en primer lugar, el funcionamiento en
paralelo. Para un número binario con n dígitos, hay n conexiones de señales por cada número. La línea
enésima del número A se activa por An, que corresponde al bit del dígito más significativo.
Sumador en Paralelo
Con circuitos integrados, la suma se realiza empleando sumadores completos, y no con dos semisumadores. El
circuito tiene tres entradas: Los sumandos An y Bn, y el acarreo, arrastre o "carry", Cn-1. Las salidas son la
suma S y el acarreo Cn.
Sumador en serie
En un sumador en serie, las entradas A y B consisten en trenes de impulsos sincronizados en dos líneas del
operador. Hemos destacado, anteriormente, que la adición de dos números de varios dígitos puede hacerse
añadiendo a la suma de los dígitos de significado idéntico al arrastre del resultado inmediatamente anterior.
Con respecto a los trenes de impulsos, señalaremos que la premisa anticipada equivale a decir que, en un
momento dado, debemos sumar en forma binaria, a los impulsos A y B, el impulso de acarreo procedente del
resultado obtenido en un periodo de tiempo anterior.
Este circuito difiere de la configuración del sumador completo en paralelo por la inclusión de un tiempo de
retardo, que será igual al lapso entre impulsos. Por tanto, el impulso de acarreo se retrasa dicho tiempo y se
agrega a los impulsos, dígitos de A y de B, en el momento exacto.
Se observa que la suma en paralelo es más rápida que en serie porque todos los dígitos se suman
simultáneamente en el primer caso, y secuencialmente en el segundo. Pero, en el sumador en serie, sólo se
precisa un sumador completo, mientras que en el sistema en paralelo se necesita uno por cada bit. Por lo que
la suma en paralelo supone más incremento de coste que la suma en serie.
4.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
Investigar los siguientes circuitos integrados, familiarizarse con su tabla de verdad y posibilidades de conexión
54/74 (LS) 148, 54/74 (LS) 348, 54/74 (LS) 147, 7441, 74139, 74155, 74156, 7442,7443, 7444,7447, 7448,
74153, 74253, 74157, 74298, 74151, 74139, 74155, 74156, 74138
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5.
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6.
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CRITERIO E INSTRUMENTO DE EVALUACION
Diseñar ejercicios sencillos en base a los circuitos digitales investigados, montando en el protoboard
estos componentes y verificando mediante sus respectivas tablas de verdad el adecuado aprendizaje de
la materia.
Diseñar un sumador de 6 bits
Diseñar un sumador de dos dígitos binarios.
BIBLIOGRAFIA
http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Laboratorio/decodifi.html Pagina modificada en 2000.
Consulta hecha el 26 de septiembre de 2008.
http://www.datasheetcatalog.com/ Pagina Modificada en el 2008. Consulta hecha el 26 de Septiembre
de 2008.
http://www.electronica2000.com/digital/codideco.htm. Pagina modificada en 2000. Consulta hecha el 26
de septiembre de 2008.
Escrito
Por: Juan Carlos Botello
[email protected]