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