Práctica 3 Convertidores de códigos

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Práctica 3
Práctica 3
Convertidores de códigos
3.1 Objetivo
El alumno construirá un circuito convertidor de código y desplegará su resultado en un exhibidor de siete
segmentos.
3.2 Antecedentes
La información en un sistema digital se procesa mediante ‘0’ y ‘1’ que en un conjunto de bits forman un
dato o palabra. Algunos sistemas realizan múltiples operaciones que frecuentemente el diseñador deberá
sintetizar para minimizar el tiempo de procesamiento y espacio físico necesario para la implementación
del circuito diseñado. Algunas de estas herramientas que se utilizan para el procesamiento de datos se
basan en el manejo de diferentes códigos que permitan representar un número o hasta una cantidad de
información relativamente grande en datos o palabras lógicas que sean de magnitud menor o que la
interpretación de resultados sea comprensible no solo por la máquina sino también por el ser humano.
Para procesar los datos y convertirlos a otro sistema codificado es necesario utilizar la salida de este
sistema y conectarlo mediante una interfaz a otro sistema digital. En este caso, un circuito de conversión
deberá situarse como interfaz entre dos o más sistemas, el cual servirá de intérprete o traductor si cada
uno de los sistemas interconectados por la interfaz maneja diferentes códigos para procesar la misma
información.
Se puede decir que un código es un uso sistemático y estandarizado de un conjunto de símbolos que
sirven para representar información.
La codificación por su parte es cuando números, letras o palabras se representan por medio de un grupo
especial de símbolos.
3.3 Códigos en los sistemas digitales
Código BCD (Código Decimal a Binario): Este código representa un número decimal a su equivalente en
binario.
Código Exceso 3: se relaciona con el BCD y en algunas ocasiones se utiliza en su lugar debido a que
posee ciertas ventajas en operaciones aritméticas. Ejemplo de ellas son las operaciones con punto
flotante.
Código Gray: es un código sin valor, es decir las posiciones de los bits en los grupos de código no tienen
ningún valor específico. Debido a esto, el código no se ajusta a las operaciones aritméticas. Este tipo de
código se emplea en dispositivos de entrada/salida como lo son algunos tipos de convertidores
analógicos a digitales (ADC).
La tabla 3.1 muestra la representación de cada uno de los códigos anteriormente tratados.
3.3.1 Conversión entre códigos
Un convertidor de código es un circuito lógico que hace compatibles dos sistemas a pesar de que ambos
trabajen con diferente código digital.
Para realizar la conversión de un código A a un código B, las líneas de entrada deben dar una
combinación de bits de los elementos, tal como se especifica por el código A y las líneas de salida deben
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generar la correspondiente combinación de bits del código B.
Tabla 3.1 Representación de los códigos BCD, Exceso 3 y Gray respecto a su equivalente en decimal.
Decimal
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Código
BCD
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
Código
Exceso 3
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
Código
Gray
0000
0001
0011
0010
0110
0111
0101
0100
1000
1001
Un circuito combinacional realiza esta trasformación por medio de compuertas lógicas. El procedimiento
de diseño de los convertidores de código se ilustra mediante un ejemplo específico de conversión de
BCD a código de exceso 3.
La numeración en BCD y el exceso 3 se enlistan en la Tabla 3.1. Como cada código usa cuatro bits para
representar un dígito decimal, debe haber cuatro variables de entrada y cuatro variables de salida. Es
conveniente designar las cuatro variables binarias de entrada mediante los símbolos A, B, C y D y las
cuatro variables de salida con w, x, y, y z. La tabla de verdad que relaciona las variables de entrada y
salida se muestran en la Tabla 3.2.
Tabla 5.2 Tabla de verdad de un convertidor de código de BCD a exceso 3.
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
Entrada (BCD)
B
C
D
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
Salida (Código Exceso 3)
w
x
y
z
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
Las combinaciones de bits para las entradas y sus correspondientes salidas se obtienen directamente de
la Tabla 3.1. Es necesario mencionar que en un sistema con cuatro variables lógicas se tienen 16
combinaciones de bits de las cuales solamente se enlistan 10 en la tabla de verdad. Las seis combinaciones de bits restantes para las variables de entrada dan como resultado una salida que no importa
“don´t care”. Como ellas nunca ocurren, se tiene la libertad de asignar “X” o “d”, a las variables de salida.
De esta forma, el circuito resultante será más simple.
El uso de mapas de K se utiliza para encontrar cada una de las ecuaciones lógicas que corresponde a
cada una de las salidas. En este ejemplo se obtienen cuatro mapas K correspondientes a las cuatro
salidas de este circuito como función de las cuatro variables de entrada.
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bd
cd
a b 00
00
01
0
0
0
01
0
1
a
x
10
1
x
1
1
8
x
9
x
10
x
15
1
8
Mapa K para la variable de salida w
6
x
13
bc
0
7
x
0
2
0
5
12
bcd10
1
3
0
x
11
14
11
1
4
x
15
10
1
1
01
6
11
1
0
1
x
01
0
00
2
7
13
bc
0
3
5
12
10
0
1
4
11
11
bd
cd
a b 00
14
x
9
x
11
10
Mapa K para la variable de salida x
cd
d
cd
a b 00
00
01
1
0
0
01
1
0
x
cd
10
1
x
6
x
15
x
9
2
7
13
0
8
Mapa K para la variable de salida y
0
x
1
1
3
5
12
10
0
1
4
11
11
14
x
11
10
Mapa K para la variable de salida z
Las expresiones obtenidas de los mapas K y el circuito basado en compuertas lógicas se muestran a
continuación.
B C D
A
B C D
w
B
w = a + bc + bd
C
x = bc + bd + bcd
D
y = cd + cd
ó
y =c⊕d
x
z=d
y
z
Figura 3.1 Implementación de la conversión de código BCD a exceso 3.
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Vcc=5V
Vcc=5V
b
a
1K
Vcc=5V
c
1K
d
1K
Vcc=5V
1
Vcc
13
3
14
4
11
5
10
6
9
7 GND
8
1
2
Vcc 14
13
3
14
08
LS
74
4
10
6
9
7 GND
8
2
Vcc 14
13
3
14
32
LS
74
4
330
11
5
1
x
14
2
04
LS
74
1K
Vcc=5V
Práctica 3
11
5
10
6
9
7 GND
8
Figura 3.2 Implementación en compuertas para la ecuación de la variable de salida “x”
(conversión de código BCD a exceso 3).
3.3.2 Decodificador
Un decodificador identifica, reconoce o bien detecta un código específico. Un decodificador acepta un
código de N bits y produce un estado alto (1) o bajo (0), en una y sólo una línea de salida. En la figura 3.2
se muestra el diagrama general del decodificador con N entradas y M salidas. Ya que cada una de las N
entradas puede ser 0 o bien 1, hay 2N posibles combinaciones o códigos de entrada.
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O0
O1
O2
A0
A1
A2
N
Entradas
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M
Salidas
Decodificador
AN-1
2N Combinaciones de entrada
ON-1
Únicamente una salida es activa
para cada código de entrada
Figura 3.3 Diagrama del decodificador.
Tanto las entradas como las salidas, pueden ser:
• Activas a Nivel Alto: La salida activa es 1 y la no activa 0.
• Activas a Nivel Bajo: La salida activa es 0 y la no activa es 1.
• Además él número de entradas de habilitación puede ser de uno o más, y pueden estar activas
en nivel alto o bajo.
Los decodificadores se utilizan siempre que una salida o grupo de salidas se activan solamente en la
incidencia de un código de entrada único.
3.3.3 Decodificadores y conductores de BCD a 7 segmentos
El decodificador BCD a 7 segmentos es un circuito combinacional que permite un código BCD
en sus entradas y en sus salidas se obtiene un código que activa un exhibidor (display) de 7
segmentos, dependiendo del código le corresponde un dígito decimal. Ver anexo A
“Identificación del decodificador”.
3.3.4 Exhibidores de Siete segmentos
El display está formado por un conjunto de 7 diodos LED conectados en un punto común en su
salida. Cuando la salida es común en los ánodos, al display se le conoce como display de
ánodo común y sí la salida es común en los cátodos, se denomina al display de cátodo común.
La Figura 3.3 se muestra un decodificador e impulsor de BCD a 7 segmentos en conexión
ánodo común.
Display de ánodo común: En este caso todos los ánodos de los diodos LED se encuentran unidos y
conectados a la fuente de alimentación Vcc (ejemplo 5 volts). Para activar cualquier elemento hay que
conectar físicamente el cátodo del dispositivo a tierra mediante una resistencia para limitar la corriente
que pasa por el display
Display de cátodo común: Para el display cátodo común tiene todos los ánodos de los diodos LED
unidos y conectados a tierra. Para activar un segmento de éstos se debe conectar el ánodo del segmento
a la tensión de la fuente Vcc (5 volts).
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Práctica 3
+Vcc
Entrada
BCD
D
C
B
Conexiones con
ánodo común
a
a
b
Decodificador
BCD
A
7 codigo de
segmentos
7446 o 7447
c
f
b
g
d
e
f
A
e
c
g
d
Cada segmento contiene
uno o dos LED´s
Figura 3.4 Decodificador e impulsor de BCD a 7 segmentos.
3.4 Desarrollo de la práctica
•
•
•
•
Diseñe un circuito para efectuar la conversión del código Gray al código BCD. Utilice las tablas
3.1, 3.2 y mediante mapas K obtenga las ecuaciones del sistema.
Simule el circuito con el programa CircuitMaker o Electronic Workbench.
Arme el circuito convertidor de código y también incorpore a su salida el decodificador BCD a 7
segmentos y despliegue los resultados en display
Nota: auxiliarse del anexo A “Identificación del decodificador”.
Anote sus conclusiones y responda el siguiente cuestionario.
3.5 Material requerido
Material
Cantidad
1
2
1
4
4
1
1
1
Elemento
Fuente de 5 VCD
Tablilla de conexiones
Interruptor DIP
Diodo LED
Resistencias 1KΩ
74LS47
Display
74LS00
Descripción
Fuente de alimentación
Para circuitos integrados
4 entradas de cambio deslizable
Estándar
Para proteger el circuito de un corto circuito
Decodificador de siete segmentos salidas altas
Ánodo común
Circuito integrado NAND de dos entradas
Equipo
Cantidad
Elemento
Descripción
1
Unidad de cómputo
Equipada con el programa CircuitMaker y/o Electronics Workbench.
1
Probador lógico de CI Utilidad opcional para comprobar estado de los CI
3.6 Conclusiones y observaciones
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3.7 Cuestionario
1.- ¿Qué tipo de decodificador se debe elegir en caso de utilizar un display de cátodo común?
2.- Diseñe un circuito para realizar la conversión de código BCD a Exceso 3 y simule el circuito obtenido
en cualquiera de los programas de simulación “CircuitMaker o Electronic Workbench”.
3.- Investigar
a) ¿qué es un código alfanumérico y dónde se emplea?
b) la hoja de datos de un circuito sumador de 4 bits de la familia TTL.
Nota: Anexar la simulación del circuito solicitado.
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