Metodología de diseño Diseño y aplicación de circuitos combinacionales SSI Análisis circuital de circuitos digitales. El análisis de un circuito digital no sólo conlleva la extracción de su funcionamiento lógico, sino la medición también de sus parámetros físicos como tiempo de propagación o potencia disipada, ya sea por la extracción de los datos de las hojas de características o por simulación del circuito. La potencia disipada por un circuito digital se calcula como la suma de la potencia disipada por cada uno de los dispositivos que lo forman. Para obtener el tiempo de propagación de un circuito hay que buscar y encontrar el camino crítico: el camino que genera el mayor tiempo de propagación. La obtención del tiempo de propagación máximo es más exacta cuanto mejor será el modelo temporal que se utiliza para los componentes del circuito. Por ejemplo, un modelo muy sencillo, pero poco real, es considerar que todas las puertas tienen el mismo tiempo de propagación, el mayor camino de propagación será el que tiene más puertas lógicas. Es más fiable utilizar los parámetros de los componentes indicados por el fabricante, donde normalmente aparecen los tphl y tplh. Por ejemplo, para TTL LS: Al estudiar el camino crítico hay que tener en cuenta que los tiempos de las puertas son distintos, e incluso los tiempos tplh y tphl de una misma puerta también pueden ser distintos. Peligros lógicos Los peligros lógicos son un fenómeno que se produce en los circuitos digitales debido a los diferentes tiempos de propagación por caminos entre dos mismos puntos del circuito. En los circuitos combinacionales no producen un error lógico significativo, salvo el indeseado aumento del consumo de potencia dinámica debido a la carga y descarga de los condensadores internos del circuito. En circuitos secuenciales asíncronos pueden producir un mal funcionamiento lógico. Los peligros generados por los cambios simultáneos de varias entradas (peligros funcionales) no son evitables, pero sí lo son los producidos por el cambio de una única entrada (peligros lógicos). Los peligros lógicos pueden ser estáticos: la señal no debe cambiar, pero tiene una transición indeseada, o dinámicos: la señal debe cambiar, pero lo hace varias veces antes de estabilizarse. Circuitos tan sencillos como estos pueden presentar peligros, producidos por los diferentes tiempos de propagación a través del camino con inversor y sin él, lo que hace que momentáneamente las dos entradas de la puerta AND estén a 1, o que las dos entradas de la puerta OR estén a 0. La existencia de peligros en un circuito se estudia mediante un sistema algebraico en que X y X son variables distintas. La conclusión que se obtiene es que para realizar un circuito libre de peligros lógicos estáticos y dinámicos, todo par de 1s (en SOP o 0s en POS) de la función adyacentes en un Mapa de Karnaugh deben ser cubiertos por un implicante primo común. Implementaciones en dos niveles Las implementaciones en dos niveles pueden realizarse utilizando sólo puertas NAND, sólo puertas NOR o algunas combinaciones de puertas en primer nivel/segundo nivel que se pueden comportar como AND/OR (SOP) u OR/AND (POS). Las combinaciones NAND/NAND y NOR/NOR generan circuitos SOP y POS. Para comprobar si una relación concreta de puertas en primer nivel/segundo nivel se puede usar para implementar formas SOP o POS hay que representar las puertas de forma que entre el primer y el segundo nivel coincida la polaridad. Si al hacerlo en un nivel las puertas son OR y en el otro AND sí se puede, si los dos niveles son AND u OR no se puede. Implementaciones multinivel Las expresiones factorizadas están formadas por un conjunto de niveles AND/OR/AND/OR/…. Las puertas NAND pueden realizar las operaciones AND y OR, de tal forma que entre nivel y nivel las polaridades de las señales coinciden por lo que las operaciones se realizan de forma natural. Lo mismo ocurre con las puertas NOR. Una vez realizadas las operaciones lógicas con las puertas lógicas adecuadas se finaliza el circuito aplicando las entradas (complementadas o no) a las líneas correspondientes, y obteniendo la salida con la polaridad correcta. Diseño y aplicación de circuitos combinacionales MSI Decodificadores Un decodificador es un circuito lógico con n entradas y 2 n salidas, tal que para cada combinación de entradas se activa al menos una salida. Si sólo se activa una salida se denomina decodificador completo. Por ejemplo, este es un circuito decodificador completo de 3 a 8 líneas, permitiría la activación de un dispositivo al proporcionarle la dirección de dicho dispositivo. Dispone de una entrada de habilitación (enable) que conecta o desconecta el dispositivo, en este caso dicha entrada es activa a nivel bajo, ya que el dispositivo se activa cuando dicha entrada recibe un ‘0’ lógico. Los decodificadores pueden dividirse en diferentes tipos: EXCITADORES (DRIVERS) que controlan algún dispositivo. NO EXCITADORES, los que no se usan para dicho fin. Tanto las entradas como las salidas, principalmente estas últimas, 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 1. Además, el número de entradas de Habilitación puede ser de una o más, y pueden estar activas a nivel alto o bajo. Podemos encontrar decodificadores de muy diversos “tamaños”: De 2 a 4 líneas De 3 a 8 líneas (bin a oct) De 4 a 16 líneas (bin a hex) Convertidores de códigos: BCD/decimal y BCD/7-seg Realización de funciones con decodificadores Un circuito decodificador completo genera todos los productos fundamentales (minitérminos) de las variables de entrada. Cuando las salidas del decodificador son activas a nivel bajo, para realizar la función en suma de productos basta con conectar las salidas correspondientes a los minitérminos de la función usando puertas NAND: A veces puede ocurrir que necesitemos decodificar más líneas de las que nos permite nuestro circuito, se bebe entonces construir un decodificador de mayor tamaño usando decodificadores de menor tamaño: Convertidores de códigos Son circuitos Codificadores/Decodificadores que convierten los datos de un código a otro. Codificadores Son los dispositivos MSI que realizan la operación inversa a la realizada por los decodificadores. Generalmente, poseen 2 n entradas y n salidas. Cuando solo una de las entradas está activa para cada combinación de salida, se le denomina codificador completo. Por ejemplo, el siguiente circuito proporciona a la salida la combinación binaria de la entrada que se encuentra activada. En este caso se trata de un codificador completo de 8 bits, o también llamado codificador de 8 a 3 líneas: Las salidas codificadas, generalmente se usan para controlar un conjunto de 2n dispositivos, suponiendo claro está que sólo uno de ellos está activo en cualquier momento. Sin embargo, cuando nos encontremos con que se deben controlar dispositivos que pueden estar activos al mismo tiempo, problema que se suelen encontrar los sistemas microprocesadores, es preciso usar un dispositivo que nos proporcione a la salida el código del dispositivo que tenga más alta prioridad. Multiplexores Multiplexar es pasar información de “muchos” canales o líneas a “pocos” canales o líneas. Un multiplexor (MUX) es un circuito combinacional que selecciona una entrada y la transfiere a la salida. La selección de la entrada, o dato, se realiza según un conjunto de valores de las variables de control. Poseen, por tanto, n entradas de selección, para 2 n entrada de datos, proporcionando dos salidas: una para el dato directo y otra para el dato negado. A continuación, se presenta la tabla de funcionamiento y el Símbolo lógico estándar para un multiplexor de 8 a 1 líneas. Se trata del circuito 74X151, con entrada de habilitación activa a nivel bajo. Existen en el mercado diferentes multiplexores. El siguiente corresponde al 74153, que es un circuito MSI con dos Mux de 4 a 1 líneas. A los Mux se les suele llamar también selectores de datos. Así este sería un selector de datos 1-de- 4 (ya que selecciona un dato de cuatro disponibles). El diagrama lógico sobre estas líneas corresponde a la configuración interior del dispositivo arriba descrito, lo que nos puede dar una idea de la diferencia entre los circuitos SSI y los MSI. FLIP-FLOP JK, SR, D, T Diseño y aplicación de circuitos secuenciales con MSI Conclusión Fuentes https://personales.unican.es/manzanom/Planantiguo/EDigitalI/Tema_IV.pdf https://es.slideshare.net/eddnewoscar/unidad-3-70005095 https://es.wikipedia.org/wiki/Integración_a_baja_escala https://sites.google.com/site/logicadigitalweb/home/unidad-v/circuitos-combinacionales-msi-y-lsi http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Recursos/Combinacionales%20MSI.p df
