TIPOS DE CIRCUITOS

En un archivo de Word elabora una investigación sobre tres circuitos del tipo:

Codificador, decodificador, comparador y contador y sus aplicaciones. Explica

detalladamente cómo funcionan dichos circuitos.

1. CODIFICADOR:

Un codificador es un circuito combinacional con 2N entradas y N salidas, cuya misión es

presentar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada.

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.

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.

1.1Codificadores sin prioridad:

Son aquellos que cuando se les aplican dos o más señales de entrada presentan

una salida que no corresponde a la codificación de una señal de entrada; Un

ejemplo de codificador sin prioridad se puede realizar con una matriz de diodos

como el de la figura:

· Al activar el interruptor del número decimal, la salida es su código en binario

decimal (código BCD).

· Si están activados dos o más interruptores a la vez el código será incorrecto, ya

que conducirán todos los diodos activados.

1.1. Codificadores con prioridad:

Son aquellos en los que las salidas representan el código binario correspondiente a

la entrada activa que tenga mayor valor decimal (prioridad ascendente), en caso

de que varias entradas estén activadas simultáneamente. Cuando la entrada que

actúa sobre la salida es la menor de todas las entradas activadas, se denomina

prioridad descendente. En él se incluye la lógica necesaria para asegurar que

cuando dos o más entradas son activadas al mismo tiempo, el código de salida

corresponderá al de la entrada que tiene asociado el mayor de los números En la

siguiente figura tenemos como ejemplo de codificador con prioridad ascendente el

circuito integrado TTL 74148, que tiene 8 (23) líneas de entrada (0 a 7), y 3 líneas

de salida. La relación de pines de este integrado es la siguiente:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7: entradas activas a niveles bajos (0V).

· EI: entrada de inhibición que debe estar a nivel bajo (0V) para que se realice la

codificación.

· C, B y A: en las salidas aparecen, activas también a nivel bajo (0V), los datos

codificados en binario de tres bits (4-2-1).

· E0: que, en nivel bajo, indica que ninguna de las entradas es activa (sirve para

distinguir entre las situaciones de activación de la entrada 0 y ninguna entrada

activa, ya que en ambos casos las salidas están a nivel alto).

· GS: que pasa a nivel bajo cuando alguna de las entradas es activa.

1.2. Circuitos de N bits en base a circuitos de 4 bits

Hay dos métodos para conseguir un codificador de N a 2 N bits en base a

codificadores de M a 2M bits, siendo N > M. El primero de los métodos es en

cascada y el segundo en paralelo.

Desarrollo en cascada de un codificador 16 a 4 en base a codificadores 8 a 3.

Desarrollo en paralelo de un codificador 16 a 4 en base a codificadores 8 a 3.

Los tipos de codificadores más usuales en el mercado son los de matrices de diodos

Todos los diodos del codificador pueden ser sustituidos

por otro correspondiente formado por la base y el emisor

de un transistor. Si el colector se une a la tensión de

alimentación, entonces resulta una puerta OR seguidor de

emisor.

Anexos:Figura 01…. Resumen

Figura 02… Aplicaciones de los codificadores

Figura 03… Maquina en caliente para láminas de codificadores

Figura 04… Codificador de Video

2. DECODIFICADOR

Un decodificador o descodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a

la del codificador, esto es, 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. Estos circuitos, normalmente, se suelen encontrar

como decodificador / demultiplexor. Esto es debido a que un demultiplexor puede

comportarse como un decodificador

Tabla de verdad para el decodificador de 2 a 4 líneas

Entradas Salidas

A B D3 D2 D1 D0

0 0 0 0 0 1

0 1 0 0 1 0

1 0 0 1 0 0

1 1 1 0 0 0

Si por ejemplo tenemos un decodificador de 2 entradas con 22=4 salidas, su

funcionamiento sería el que se indica en la siguiente tabla, donde se ha considerado que

las salidas se activen con un "uno" lógico

Decodificador de 2 a 4 líneas.

Otro ejemplo eseste 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 (coloca todas sus salidas

al nivel no activo) 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 .

Tipos.-

2.1. Decodificadores binarios básicos. Cuando se quiere determinar cuándo por

ejemplo aparece 1001 en las entradas de un circuito digital.

Todas las entradas de la puerta AND están a nivel ALTO ya que dicha puerta

produce una salida a nivel ALTO.

2.2. El decodificador de 4 bits ó decodificador 1 de 16.

Se utiliza para poder decodificar todas las combinaciones de 4 bits. Para cualquier

código dado en las entradas solo se activa una de las posibles dieciséis salidas.

Si requerimos una salida a nivel bajo, el decodificador de

puede implementar con puertas NAND e inversores, uno por cada salida.

A continuación se muestra la tabla de verdad de un decodificador 1 de 16 con

salidas activas a nivel alto.

2.3. El decodificador BCD a decimal.

Convierte cada código BCD en uno de los diez posibles dígitos decimales.

El método de implementación es el mismo que para un decodificador 4 a 16,pero

con la diferencia de que las salidas son solo 10.

Obtendremos salidas activas a nivel ALTO y BAJO implementando las funciones con

puertas AND y NAND respectivamente.

Aplicaciones

Los decodificadores se emplean fundamentalmente para seleccionar los diferentes

puertos de E/S (entrada/salida) y así la computadora pueda comunicarse con los

diferentes dispositivos externos ( periféricos). Estos decodificadores son conocidos

como decodificador de direcciones de puertos.

Direccionar una localidad de memoria, conversión de datos binarios,…

Ejemplos:

3. COMPARADOR

Estos circuitos permiten la comparación en magnitud de dos números de n bits, con la

posibilidad de tener conexiones en cascada para efectuar comparaciones más grandes.

Adicional a las entradas de los dos números de 4 bits el integrado 74 LS 85 posee otras

tres marcadas como A>B, A<B y A=B que pueden ser conectadas desde las salidas

correspondientes de la siguiente etapa que maneja los bits menos significativos para

realizar comparaciones de números de 8, 12, 16 bits.

Circuito comparador simple no inversor.

El primer circuito a realizar en esta segunda práctica de laboratorio se trata de un

circuito comparador simple no inversor utilizando un amplificador operacional.

También se empleará un transistor NPN para disparar un LED dependiendo de la

comparación realizada en el amplificador a partir de la temperatura tomada en un

NTC. Este circuito a montar en el laboratorio se muestra en la siguiente imagen

El circuito realiza una comparación de los niveles de tensión que el amplificador

operacional posee en sus entradas y hará que el transistor Q conduzca o no

(encendiendo el LED o apagándolo) dependiendo de la salida. El amplificador dará una

salida alternante entre los valores de aproximadamente 11V y -11V (VCC y VEE con un

error de ±1V) no invertida dependiendo si el valor de referencia (entrada + o no

inversora del amplificador) es mayor o menor, respectivamente, del valor

proporcionado en la entrada de comparación (entrada – o inversora del amplificador).

El valor de la entrada + se encuentra fijado por los valores de resistencias R2 y R3, pero

el de la entrada – se halla conectado a un sensor resistivo de temperatura NTC

(Negative Temperature Coefficient). Como se vio en la práctica de simulación, un

sensor NTC reduce su resistencia al aumentar su temperatura y viceversa (véase el

manual de la práctica de simulación para más información del elemento NTC). Por lo

tanto, dependiendo de la temperatura que detecte el NTC, aumentará o disminuirá su

resistencia, haciendo que cambie la tensión en la entrada –, y que la comparación del

amplificador conmute entre los valores ±12V. El diodo conducirá o no, haciendo que al

transistor Q le llegue o no una corriente de base para que conduzca (modo saturación)

o no (modo corte). Al conducir, el LED se encenderá.

Circuito comparador mediante realimentación positiva.

El segundo circuito a realizar en esta segunda práctica de laboratorio se trata de un

Trigger de Schmitt . Un Trigger de Schmitt es un comparador que tiene dos

umbrales de tensión de entrada diferentes gracias al uso de una realimentación

positiva. A la existencia de dos umbrales de comparación se denomina histéresis.

Principalmente, el Trigger de Schmitt usa la histéresis para prevenir el ruido que

podría tener la señal de entrada y que puede causar cambios de estado si los

niveles de referencia y entrada son parecidos. En la Figura 6, se muestra el

funcionamiento de un Trigger de Schmitt simétrico, que compara la señal de

entrada UE con dos niveles de tensión UTL (Low-Bajo) y UTH (High-Alto).

El funcionamiento es el siguiente: inicialmente, mientras el valor de la entrada UE

sea menor que UTH (UE<UTH), el valor de la salida es USH. Una vez que el valor de

la entrada UE supera por poco UTH, entonces se cambia de estado y si UE es

mayor que UTL (UE>UTL), la salida conmuta a USL. Finalmente, cuando UE sea

menor que UTL (UE>UTL), entonces la salida volverá al estado de USH. A

continuación se muestra una imagen del funcionamiento mencionado.

Para implementar el Trigger de Schmitt en esta práctica se utilizará un amplificador

operacional realimentado positivamente (Figura 7). Los niveles de conmutación de

la salida serán en este caso de VCC para USH, y VEE para USL (despreciando la

caída de aproximadamente 1V dentro del operacional), dependiendo si el valor de

voltaje en la entrada inversora es menor que UTH (valor determinado por R2, R3 y

USH=VCC) o mayor que UTL (valor determinado por R2, R3 y USL=VEE). En la

práctica, se propone

que el nivel de tensión en la entrada inversora esté determinado por un elemento

LDR (Light Dependent Resistor), que posee una resistencia variable en función de

la luz que capte del entorno. El LDR utilizado es el NSL-19M51, cuyo datasheet se

proporciona con el material de la práctica. Al igual que el circuito anterior, la

comparación se podrá verificar con el encendido de un LED en la salida del

amplificador operacional, activado mediante un transistor NPN.

Ejemplos:

4. CONTADOR

Los contadores son circuitos secuenciales que responden a una cadena de

impulsos que llegan a su entrada de manera que el estado del contador refleja el

númerode impulsos recibido.

Están constituidos por biestables, ya sean de uno u otro tipo, cuyas salidas y

entradas han de interconectarse de manera apropiada.

Clasificación de los contadores

4.1. Contadores Síncronos

Su característica distintiva es que la señal de cuenta se aplica a todos los biestables

simultáneamente. Este hecho significa que todos los biestables conmutarán a la

vez y, por tanto, no ocurrirán situaciones transitorias exteriores al código. Por otra

parte al conmutar todos los biestables a un tiempo, la frecuencia máxima de

trabajo será, en general, mayor que en los contadores asíncronos. El retardo

implicado en la conmutación será el de un solo biestable.

Para el diseño de un contador de este tipo puede seguirse el proceso de diseño

indicado en el apartado sobre contadores asíncronos , pero nosotros vamos a

utilizar la teoría de Autómatas Finitos para realizarlos, teniendo en cuenta que :

* Siempre lo haremos por Moore

* Que cada estado interno se corresponde con un estado del contador (coinciden

las salidas del contador con la de los biestables que lo forman).

* La única señal de entrada es la del reloj.

4.2. Contadores Crecientes

Veamos cual sería el proceso para realizar contadores síncronos binarios crecientes

de módulos: 2, 4 y 8.

Como resulta un circuito muy sencillo evitaremos realizar la tabla de estados y

asignaremos los códigos que serán coincidentes con los estados de salida:

4.3. Contadores Decrecientes. Reversibles

Los circuitos diseñados a manera de ejemplo en los apartados anteriores, cuentan

en sentido creciente, es decir, van tomando estados correspondientes a cifras de

mayor orden de magnitud conforme se aplican los impulsos de avance.

Puede diseñarse un tipo de contador tal que su contenido decrezca conforme le

llegan los impulsos de cuenta. El proceso de diseño es igual que para los

contadores crecientes.

4.4. Contadores Asíncronos

En los contadores asíncronos solamente uno de los biestables recibe la señal de

reloj exterior, al correspondiente a la cifra menos significativa, y las salidas de unos

biestables se conectan a las entradas de otros; son las conmutaciones de unos

biestables las que hacen bascular a los demás. No todos los biestables conmutan a

la vez ya que se acumularán retardos a medida que la señal va pasando de unos a

otros. La máxima velocidad de trabajo del contador vendrá limitada por estos

efectos. Tendremos presente la tabla de funcionamiento de los distintos tipos de

Biestables.

En los contadores asíncronos es usual utilizar biestables tipo T para su

implementación. Veamos algunos ejemplos de diseño de contadores asíncronos.

4.5. Contadores Predisponibles

El término predisponible se refiere a la cualidad que poseen ciertos contadores de

poder adquirir un estado directamente, mediante una carga en paralelo,

normalmente a través de las entradas asíncronas de los biestables que forman el

contador.

El interés de estos contadores radica en la posibilidad de obtener un contador de

módulo variable al tomar como estado de partida uno cualquiera de los posibles.

En efecto, si un contador creciente de módulo N se predispone en M, de forma que

cada vez que supera el estado N toma como siguiente estado el M (en lugar de 0)

resulta que se habrá transformado en un contador de módulo N-M.

4.6. Contadores programables

Se refiere el título a contadores que pueden seguir más de una secuencia en

función de alguna entrada adicional que condiciona la secuencia de cuenta.

Podemos suponer un contador con dos secuencias de cuenta que a su vez pueden

ser totalmente independientes (excepto el estado inicial) o pueden compartir

algún estado. En cuanto a la entrada auxiliar necesaria para seguir una u otra

secuencia, puede ser que deba permanecer validada durante toda la secuencia, o

solamente en el momento en que se debe decidir por una de las dos secuencias.

Tomemos como ejemplo un contador decimal que posee una entrada de señal

auxiliar E, de forma que si E = 0 recorra la secuencia de números pares, y si E = 1

recorra la de los números impares. El estado de partida será el 0000. Las

secuencias son independientes como se puede deducir del enunciado.

Este problema puede resolverse de dos maneras. Una de ellas considerando que

mientras E = 0 solo son posibles los estados 2, 4, 6, 8 y durante el tiempo que E = 1

la secuencia será 1, 3, 5, 7, 9. La otra sería que ambos parten del mismo punto y en

función del valor que toma E en ese instante se toma una u otra secuencia. Los

diagramas de flujo para ambos casos serían:

El método de diseño de este tipo de contadores es en todo similar al visto

anteriormente, con la particularidad de incluir entradas adicionales.

4.7. Contadores en anillo

Un contador en anillo consta de tantos biestables como símbolos existen en la

base elegida. De todos estos biestables solo uno está a nivel alto y los restantes a

nivel bajo o viceversa.

Con cada impulso de cuenta este nivel alto (o bajo) se va desplazando

cíclicamente. Se dice que el contador se encuentra en estado n, cuando el

biestable Bn posee el nivel activo respecto a los demás. Para realizar su síntesis

puede procederse como en los casos anteriores sin embargo su estructura es tan

sencilla que en la práctica se construyen mediante registros de desplazamiento en

los que la salida del registro se conecta a la entrada del mismo, y cargando el

registro con el valor deseado al inicio.

Así un contador en anillo de módulo 4 sería el mostrado.

La ventaja de los contadores en anillo está en la posibilidad de realizar contadores

decimales de lectura directa sin necesidad de decodificador. El inconveniente es el

número de biestables utilizados.

4.8. Contador biquinario

Es un contador en anillo de cinco etapas al que se añade un biestable

(normalmente tipo T) que cambia de estado cada cinco impulsos de avance. Con

los impulsos de avance, del 0 al 4, el biestable permanece a cero, y del 5 al 9 pasa a

La tabla de funcionamiento sería la 9.12, y el circuito la figura 9.13.

La ventaja respecto del contador en anillo es que se produce un ahorro del 40% de

biestables, en cambio, ahora es necesario decodificar las salidas.

Ejemplos: