Circuitos lógicos MSI Combinacionales

Departamento de Electrónica
Electrónica Digital
Circuitos lógicos MSI
Combinacionales
Facultad de Ingeniería
Bioingeniería
Universidad Nacional de Entre Ríos
1
Temario
 Decodificadores / Conversores de código
 Codificadores
 Multiplexores
 Demultiplexores
 Circuitos aritméticos
2
Conceptos conocidos (acerca de los circuitos combinacionales)
Entrada
t(n)
circuito
combinacional
salida
t(n)
información  circuito de decisión  decisión
•
•
•
•
La relación entre la entrada y la salida puede expresarse mediante una
función lógica
La salida en un instante dado depende exclusivamente del valor de las
entradas en ese instante
Un circuito combinacional presenta un retardo entre la entrada y la salida
El retardo depende del tipo de compuertas, su nº de entradas y el camino
(nivel) del circuito
3
Decodificadores
• Identifican el código a la entrada.
• Aceptan un código de entrada de
m bits y producen un estado activo
en una sola de n líneas de salida.
Tabla de verdad de un decodificador binario
Entradas (código)
Salidas decodificadas
Em-1
…
E1
E0
Sn-1
…
S2 S1
S0
0
0
…
0
0
0
…
0
0
1
1
0
…
0
1
0
…
0
1
0
2
0
...
1
0
0
…
1
0
0
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
2m-1
1
…
1
1
1
…
0
0
0
4
Tipos de decodificadores
•
Decodificadores binarios: m entradas y n = 2m salidas
Formas comerciales clásicas:
2a4
3a8
(octal)
4 a 16 (hexadecimal)
•
Decodificadores BCD a decimal: 4 entradas y 10 salidas
•
Decodificadores conversores de código
Decodificadores de BCD a 7 segmentos: 4 entradas y 7 salidas
5
Aplicaciones típicas
•
Decodificación de contadores
•
Control de la habilitación de otros dispositivos:
• Memorias
• Registros
• Latches
•
Generación de funciones lógicas
•
Decodificación de líneas de dirección de memorias
EN
Código de
selección
DECODER
EN
EN
REGISTRO
REGISTRO
REGISTRO
6
Decodificador binario
A
B
S0
S1
S2
S3
Circuito esquemático
A
S0= B’ A’
S1= B’ A
B
S2= B A’
S3= B A
7
Decodificador binario con entrada de habilitación
S0
S1
S2
S3
A
B
G
Circuito esquemático
A
S0= G B’ A’
S1= G B’ A
S2= G B A’
B
G
S3= G B A
8
Formas comerciales
Formas
comerciales
Decodificadores 2 a 4
74x139: Dual 2 to 4 Decoder / Demultiplexer
74x155: Dual 2 to 4 Line Decoder / 3 to 8 Line Decoder
9
Formas
comerciales
Decodificadores 3 a 8
74x138: 3 to 8 line decoder
Tabla de funcionamiento
Pin-out
10
Formas
comerciales
Circuito esquemático ‘138
11
Decodificador decimal (BCD)
Formas
comerciales
74x42: 4-line BCD to 10-line decimal decoder
12
Expansión de decodificadores
Ejemplo #1: Decodificador de 3 a 8 con decodificadores de 2 a 4
2
Decoder
4
3
8
Decoder
Decoder #1 (74x139)
A
B
G
E0
E1
A
B
E2
G
S0
S1
S2
S3
/DEC0
/DEC1
/DEC2
/DEC3
S0
S1
S2
S3
/DEC4
/DEC5
/DEC6
/DEC7
Decoder #2 (74x139)
13
Ejemplo #2: Decodificador de 4 a 16 con ‘138 (3 a 8)
14
Aplicaciones
Aplicación : Generación de funciones lógicas
A
B
S0= B’A’
(00)
S1= B’A
(01)
S2= B A’
(10)
S3= B A
(11)
Circuito de un decoder 2 a 4
¿Qué falta para poder expresar una función lógica?
16
Aplicaciones
Ejemplo usando un decodificador 3 a 8 activo por ALTO
f = X/. Y/. Z/ + X/.Y. Z/ + X. Y. Z/
 ( 0 ,2 ,6 )
x , y ,z
(X es el MSB)
Z
Y
X
f 
A
B
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
f
Decodificador 3 a 8
17
Aplicación #3: Decodificación de contadores
Aplicaciones
CLK
Contador
binario
Decoder
19
Decodificadores BCD a 7 segmentos (Conversores de código)
4
DECODER
BCD-7seg
7 (8)
D
C
B
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
a
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
b
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
c
d
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
e
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
f
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
g
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
22
Formas comerciales
Formas
comerciales
CD4511: BCD to 7 Segment Latch / Decoder / Driver
23
Formas
comerciales
24
Codificadores
• Identifican la línea de entrada
activa y producen un código
equivalente a la salida.
Y0 = I1 + I3 + I5 + I7
Y1 = I2 + I3 + I6 + I7
Y2 = I4 + I5 + I6 + I7
32
Aplicaciones
Aplicación #1:
Manejo de solicitudes de servicio
Dispositivo #1
8
Dispositivo #2
P
C
Dispositivo #3
…..
Dispositivo #8
Dispositivo #1
Dispositivo #2
Dispositivo #3
8
Encoder
8a3
3
P
C
…..
Dispositivo #8
33
Activación simultánea de solicitudes
Caso: I2 e I4 son ALTAS
Y0 = I1 + I3 + I5 + I7
Y1 = I2 + I3 + I6 + I7
Y2 = I4 + I5 + I6 + I7
 Salida = 110 (Y2Y1Y0)  610
 Codificadores de prioridad (priority encoders)
Asigna prioridad a las entradas  el encoder produce la salida del
solicitante de prioridad más alta.
34
Variables H intermedias en el circuito:
Hi = 1 sólo si Ii es la entrada = 1 de más
alta prioridad
• H7 = I7
• H6 = I6 . I7/
• H5 = I5 . I6/. I7/
• H4 = I4 . I5/ . I6/ . I7/
• H3 = I3. I4/ . I5/ . I6/ . I7/
• H2 = I2. I3/. I4/ . I5/ . I6/ . I7/
• H1 = I1. I2/. I3/ . I4/ . I5/ . I6/ . I7/
• H0 = I0 . I1/ . I2/ . I3/ . I4/ . I5/ . I6/ . I7/
Caso: I2 e I4 son ALTAS
• H7 = H6 = H5 = 0
• H4 = 1
• H3 = 0
• H2 = 0
• H1 = H0 = 0
 A2 = 1
 A1 = 0
 A0 = 0  100 (410)
Variables de salida:
• A2 = H4 + H5 + H6 + H7
• A1 = H2 + H3 + H6 + H7
• A0 = H1 + H3 + H5 + H7
Si ninguna entrada es 1 IDLE = 1
• IDLE = (I0 + I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 + I7)/
• IDLE = I0/. I1/ . I2/ . I3/. I4/ . I5/ . I6/ . I7/
35
Aplicación #2:
Codificación de teclados
Aplicaciones
74x147: codificador de prioridad 10 a 4 (Entradas / salidas activas por BAJO)
37
Aplicaciones
Aplicación #3:
Central de enfermería en UCI o internación
Llamadores
(16)
Camas
(4)
Encoder
Decoder
Indicadores
(16)
Office
38
Formas comerciales
74x147: codificador de prioridad 10 a 4
(74x148: codificador de prioridad 8 a 3)
CD4532: CMOS 8-Bit Priority Encoder
Formas
Formas
comerciales
comerciales
Multiplexores
42
Multiplexor de 4 canales
E0
S
E1
E2
E3
B
A
El nivel lógico a la salida es el de la
entrada Ei seleccionada
43
Circuito lógico
E3
E2
S
E1
E0
B
S = A’B’ E0 + B’A E1 + BA’ E2 + BA E3
A
00
01
10
11
44
Formas comerciales
Formas
Formas
comerciales
comerciales
• Multiplexores 8 canales (74x151, 4051)
• Multiplexores de 2 y 4 canales (múltiples)
• Dobles de 4 canales (4 líneas a 1) (74x153, 4052)
• Cuádruple de 2 canales (2 líneas a 1) (74x157)
• Triples de 2 canales (4053)
• Multiplexores analógicos (4051)
45
74x151: multiplexor de 8 canales
46
74x153: doble multiplexor de 4 canales
47
Expansión de multiplexores
Multiplexor de 32 a 1
con mux de 8 canales (74x151)
?
selección
32
MUX
• ¿Cuántos bits de selección
se requieren?
• ¿Cuántos CIs 74x151 se
necesitan?
49
Aplicaciones
Aplicaciones
• Generación de funciones lógicas
• Direccionamiento de datos
• Conversión paralelo a serie
Expresión de un mux de 2
canales:
S = A’B’ E0 + B’A E1 + BA’ E2 + BA E3
00
10
01
11
¿Qué falta para poder expresar una función?
Estado lógico
para cada
combinación
de entrada
E0
E1
E2
E3
S
B A
Función
generada
Variables
lógicas de
la función
50
Aplicaciones
Aplicación: Generación de funciones (caso #1)
F = X/ Y/ Z/ + X/ Y/ Z + X Y/ Z/ + X Y Z/ + X Y Z
F 
 ( 0 ,1,4 ,6 ,7 )
x, y ,z
E0
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
"1"
"0"
Minitérminos
S
F
Función generada
CB A
XYZ
Variables
¿Qué se aplica a las entradas de selección si se requiere
generar periódicamente la función F?
51
Aplicación: Conversión de datos paralelo - serie
Aplicaciones
CLK
Dato
paralelo
Registro
ó Latch
(PIPO)
Multiplexor
Dato serie
Selección
54
Aplicaciones
Central de monitoreo en UCI
• Frecuencia cardiaca
• NIBP
• Temperatura
• Frecuencia respiratoria
55
Aplicaciones
Cabecera de cama
CLK
Temperatura
Registro
PISO
Multiplexor
Presión arterial
Registro
PISO
.
.
.
Frecuencia
cardiaca
Dato serie
.
.
.
Contador
(selección)
Registro
PISO
56
Aplicaciones
Aplicación: direccionamiento de datos
Contador asíncrono ascendente / descendente
Q0
Q1
Q2
Q3
“1”
T
Clock
Q
CLK
Q
T
CL
K
Q
Q
T
CL
K
Q
Q
T
Q
CL
K
ASC - DESC/
Q
ASC/DESC = 1: ascendente
ASC/DESC = 0: descendente
57
Multiplexores analógicos (llaves analógicas)
Permiten controlar digitalmente el paso de una señal
58
Formas comerciales

4051: Single 8-channel analog multiplexer/demultiplexer

4052: Two 4-channel multiplexers

4053: Three single-pole/double-throw (SPDT) switches
Formas
Formas
comerciales
comerciales
59
Formas
Formas
comerciales
comerciales
61
Formas
Formas
comerciales
comerciales
Aplicación: Amplificador de ganancia programable
Aplicaciones
PC
µP
µC
63
Aplicaciones
Selección
de
ganancia
Demultiplexores
Entrada
(D)
DEMUX
2n salidas
n entradas de selección
68
Circuito lógico de un demux
D (datos)
O3 = D. (S2 . S1)
O2 = D. (S2 . S1/)
O1 = D. (S2/ . S1)
O0 = D. (S2/ . S1/)
S1
S0
A
S0= G B’ A’
S1= G B’ A
S2= G B A’
B
Circuito lógico de un decoder
con habilitación
G
S3= G B A
69
Formas comerciales

74x138: 3 to 8 line decoder / demultiplexer

74x139: dual 2 to 4 decoder / demultiplexer

4051: Single 8-channel analog multiplexer / demultiplexer
Formas
Formas
comerciales
comerciales
Aplicaciones
El decoder como demux – Ejemplo con el x138
Selección de canal
Salida
Dato
71
Demultiplexores analógicos
Amplificador de ganancia programable
74
Concepto de Bus: línea común de datos
fuente
destino
76
Comparadores
Comparadores con compuertas
• DIFF: (ALTA) si los números
son diferentes
77
Formas comerciales
Formas
Formas
comerciales
comerciales
 74x85: comparador de 4 bits
 4585: comparador de 4 bits
 74x682: comparador de 12 bits
Pin-out y diagrama de bloque del 4585
80
Aplicaciones
Cascada para comparar dos datos (A y B) de 12 bits
81
Sumadores y restadores
Sumadores medio y completo (half adder y full adder)
S = X  Y  CIN
COUT = X . Y + X . CIN + Y . CIN
83
Sumadores iterativos
84
Formas comerciales
Formas
Formas
comerciales
comerciales
 74x283: Sumador binario de 4 bits
86
ALU- Arithmetic-Logic Unit (Unidad Aritmético-Lógica)
• Circuito combinacional que puede efectuar cualquier operación lógica y
aritmética en un par de operandos.
• Parte de la unidad central de proceso (CPU) de los microprocesadores.
Operandos
Selección
de función:
3 a 5 bits
Símbolo esquemático
de una ALU típica
Salidas
(resultado, carry)
Formas comerciales
Formas
Formas
comerciales
comerciales
 74x181: ALU de 4 bits
• Operandos: 4 bits
• 4 entradas de selección de función: 16 funciones
• M: tipo de operación (aritmética o lógica)
• Velocidad de operación: 11 ns
89
Formas
Formas
comerciales
comerciales
90
LCD - Liquid Cristal Displays
LCD 2 x 16
Ventajas
• Bajo consumo
• Versatilidad: números, caracteres y gráficos
• Monocromáticos y en colores
• Con o sin luz de fondo (Backlight)
• Diseños atractivos y con más información
• Controlados por comandos (displays
‘inteligentes’)
Desventajas
• Angulo de visión
• Brillo
93
Manejo de un display LCD de 7 segmentos
Encendido de un segmento
Aplicando una señal alterna entre el segmento y el plano posterior,
común a todos los segmentos (backplane - BP).
Apagado de un segmento
Cuando no existe diferencia de potencial entre el segmento y el
backplane
Señal alterna aplicada
Cuadrada (desfasada entre el segmento y el BP)
Control
Cuadrada
40 Hz
1
U1a
3
2
74ALS136N
segmento
backplane
CIs manejadores de LCD de 7 segmentos (LCD drivers):
Formas
Formas
comerciales
comerciales
• CD4511: BCD to 7 Segment Latch / Decoder / Driver
1
a
3
2
4
b
6
5
9
Número BCD
Decoder
BCD
7 segmentos
c
8
a,b,...g
10
12
d
11
13
1
display
a
3
2
4
backplane
b
6
5
9
Control (cuadrada)
c
8
10
Decoder BCD a 7 segmentos con XOR en las salidas para desfasar una señal
cuadrada externa.
96
 4056: BCD to 7 segment decoder/driver with
strobed latch function
Formas
Formas
comerciales
comerciales
97
Manejo de un display LCD ‘inteligente’
98
Interfase de pines
99
Tabla de instrucciones
100
Tabla de caracteres
101
Familias
digitales
103
FIN
104
Problemas con la decodificación (glitches)
Clock
Salidas
de FFs
D0
A/
B/
C/
D0
D2
A/
B
C/
D2
105