CIRCUITOS INTEGRADOS CODIFICADORES Y DECODIFICADORES

CIRCUITOS INTEGRADOS (CODIFICADOR-DECODIFICADOR).Fundamentos teóricos de la Computación

INTRODUCCION.

Los circuitos integrados son utilizados para realizar funciones

electrónicas precisas y especificas, para que estos funcione se

combina con otros componentes ya que esto permite formar un

sistema más complejo.

Este pequeño concepto sobre que es un circuito integrado es

importante darlo al comienzo de esta investigación ya que, nos

enfocamos en dos circuitos integrados digitales, codificador y

decodificador, ambos son circuitos combinacionales. Que

permiten al computador recibir la una información de una

manera y procesarla y enviarla de otra forma, cuando se

enuncia información es en base a números bien sean en binarios,

decimales y octales.

Esta investigación nos ayudara como base teórica para la

creación de un montaje de Codificador de prioridad Decimal

(BCD 74147), empleando un sistema de visualización numérica

con teclado.

Página 3


1. CIRCUITOS DECODIFICADORES Y CODIFICADORES

1.1 CIRCUITOS DECODIFICADORES.

El decodificador es un circuito lógico que acepta un conjunto de

entrada, representa un número binario y solo activo la salida que

corresponde a ese número de entrada. Un circuito decodificador

analiza sus entradas, determina que numero binario está

presente allí y activa la salida que corresponde a ese número; el

resto de las salidas permanecen inactivas.

El diagrama para un decodificador general de N entradas y M

salidas. Como cada una de las N entradas puede ser 0 o 1,

existen 2n combinaciones posibles de entrada o código. Para

cada una de estas combinaciones de en rada solo una de las M

salidas será activa (ALTO); el resto de las salidas serán BAJAS.

Muchos decodificadores son diseñados para producir salidas

activas en bajo, donde solo la salida seleccionada es BAJA, en

tanto que las otras son ALTAS. Esto se indica mediante círculos

pequeños en las líneas a de salida en el diagrama del

decodificador.

En algunas decodificadores no se utilizan todos los 2n códigos

posibles de entrada, sino solo unos cuantos.

Página 4


Diagrama general del decodificador.

1.2 ENTRADAS DE ENABLE.

Se emplean para controlar la operación del decodificador,

algunos decodificadores tienen una o más entradas de ENABLE

que suponga que tiene una línea común de ENABLE conectada a

una cuarta entrada de cada compuerta. Con esta línea de

ENABLE mantenida en ALTO, el decodificador funcionara

normalmente y el código de entrada A, B, C determinara que

salida es ALTA. Sin embargo, con la ENABLE mantenida en

BAJO, todas las salidas se forzaran al estado BAJO sin importar

los niveles en las entradas A, B, C. Así el decodificador se habilita

solo si la ENABLE es ALTA.

Página 5


Decodificador de 3 líneas a 8 líneas (o bien, 1 de 8).

1.3 DECODIFICADORES DE BCD A DECIMAL

Cada salida pasa a BAJO solo cuando se aplica s entrada BCD

correspondiente. Por ejemplo, O5 pasara a BAJO solo cuando las

entradas DCBA = 1001; O8 pasara a BAJO solo cuando

DCBA=1000. Para combinaciones de entrada que son inválidas

para BCD, ninguna de las salidas se activara. A este

decodificador de 1 a 10.

Página 6


Diagrama lógico del decodificador 7442 de BCD a decimal, (b)

símbolo lógico; (c) tabla de verdad.

1.4 DECODIFICADOR-EXCITADOR BCD A DECIMAL

-El TTL 7445 es un decodificador-excitador de BCD a decimal. El

término excitador se agrega a su descripción porque este CI

tiene salidas de colector abierto que pueden operar con límites

de corriente y voltaje menor que una salida TT normal. Las

salidas del 7445 puede sumir hasta 80 A en el estado BAJO y

pueden ascender hasta 30V en el estado ALTO. Esto las hace

Página 7


adecuadas para manejar de manera directa cargas de LEDs o

lámparas, relevadores o motores de corriente directa.

1.5 APLICACIONES DEL DECODIFICADOR

Los decodificadores se emplean cuando una salida o un

grupo de estas se deban activar solo cuando ocurra una

combinación especifica de niveles de entrada. Estos niveles de

entrada a menudo los proporcionan las salidas de un contador o

de un registro. Cuando las entradas del decodificador provienen

de un contador que se está pulsando de manera continua, las

salidas del decodificador se activan en forma secuencial y se

pueden emplear como señales de sincronización para encender o

apagar dispositivos en tiempos específicos.

Los decodificadores se emplean ampliamente en el sistema

de memoria de una computadora donde responden al código de

dirección que general el procesador central para activar una

localización de memoria en particular. Cada CI de memoria

contiene muchos registros que pueden almacenar números

binarios (datos). Cada registro necesita tener su propia dirección

única para distinguirlos de los demás. En la circuitería de los CIs

de memoria se construye un decodificador, el cual permite que

determinado registro de almacenamiento se active cuando se

aplica una combinación única de entradas (es decir, su

dirección). Por lo general en un sistema hay varios CIs de

memoria combinados para conformar la capacidad de

almacenamiento total. Un decodificador se emplea para

seleccionar un CI de memoria como respuesta a un intervalo de

direcciones del sistema y habilitando seleccionando) un CI en

particular.

Página 8


Para sistemas como este con frecuencia se emplea un

dispositivo lógico programable para implementar el

decodificador, puesto que un simple decodificador de 1 a 8 no es

suficiente. Los dispositivos lógicos programables se pueden usar

fácilmente par aplicaciones de decodificación específicas.

2. DECODIFICADORES-EXCITADORES DE BCD A 7

SEGMENTOS.

La mayoría del equipo digital tiene algún medio para

desplegar visualmente la información de manera que la entienda

fácilmente el usuario u operador. Esta información a menudo

consiste en datos numéricos, pero también puede ser

alfanumérica (números y letras). En uno de los métodos más

simples y populares para desplegar visualmente dígitos

numéricos se emplea una configuración de 7 segmentos par a

formar los caracteres 0-9, y a veces los caracteres

hexadecimales A-F. En una configuración común se emplean

diodos emisores de luz (LED) para cada segmento. Si se controla

la corriente a través de cada LED algunos segmentos se

iluminaran y otros permanecerán oscuros, de modo que se

generara el patrón de carácter deseado.

Página 9


(a) Configuración de 7 segmentos; (b) segmentos activos para cada dígito

El decodificador-excitador de BCD a 7 segmentos se usa

par a tomar una entrada BCD de cuatro bits y proporcionar las

salidas que pasaran corriente a través de los segmentos

apropiados para desplegar visualmente el dígito decimal. La

lógica para este decodificador es más complicada que la de los

decodificadores que analizamos antes, debido a que cada salida

se activa mediante más de una combinación de entradas. Por

ejemplo, el segmento e se debe activar para cualquiera de los

dígitos 0, 2, 6 y 8, lo que significa que tienen lugar cualquiera de

los códigos 0000, 0010, 0110 o 1000.

(a)Decodificador-excitador de BCD a 7 segmentos excitando un

visualizador LED de 7 segmentos con ánodo común; (b) patrones

de segmento para todos los códigos de entrada posibles.

Muestra un decodificador-excitador de BCD a 7 segmentos (TTL

7446 o bien 7447) usado para excitar una lectura LED de 7

segmentos. Cada segmento consta de uno o más LEDs. Todos los

Página 10


ánodos de los LEDs están conectados a Vcc (+5 V). Los ánodos

de los LEDs están conectados mediante resistencias limitadoras

de corriente a las salidas correctas del decodificador-excitador. El

decodificador-excitador tiene salidas activas en BAJO que son

transistores de excitación de colector abierto, los cuales pueden

sumir una gran cantidad de corriente. Esto se debe a que las

lecturas de los LEDs quizá requieran 10 a 40 mA por segmento,

dependiendo de su tipo y tamaño.

2.1 VISULIAZADORES LED DE ANODO COMUN VS. CATODO

COMUN.

El visualizador LED usado en la figura anterior (numero de

la imagen) es el tipo ánodo común porque los ánodos de todos

los segmentos están conectados a Vcc. En otro tipo de

visualizador LED de 7 segmentos se usa una configuración de

cátodo común en la cual los cátodos de todos los segmentos

están unidos y conectados a tierra. Este tipo de visualizador lo

debe excitar un decodificador-excitador de BC a 7 segmentos,

con salidas activas en ALTO que apliquen un voltaje ALTO a los

ánodos de los segmentos a activar. Como cada segmento

requiere de 10 a 20 mA de corriente para iluminarlo, por lo

general no se usan dispositivos TTL o CMOS para excitar

directamente el visualizador de cátodo común. Recuerde que en

el capítulo 8 vimos que las salidas TTL y CMOS no son capaces

de suministrar grandes cantidad de corriente. A menudo se

emplea un circuito de interfaz de transistor entre los chips de los

decodificadores y el visualizador de cátodo común.

Página 11


3. VISUALIZADORES DE CRISTAL LÍQUIDO.

Un visualizador LED genera o emite energía luminosa

cuando pasa corriente a través de los segmentos individuales. Un

visualizador de cristal líquido (LCD) controla la reflexión de luz

disponible. Esta luz puede ser simplemente luz ambiente

(circundante), como la sola o la iluminación normal de un

espacio; en los LCDs reflejantes se usa la luz ambiente. O bien, la

luz disponible, la cual podría proporcionar una fuente de luz

pequeña que sea parte de la unidad de visualización; en los LCDs

de luz traseras se usa este método. En cualquier caso, los LCDs

han ganado amplia aceptación debido a su consumo de potencia

muy bajo en comparación con los LEDs, especialmente en equipo

alimentado con baterías, como por ejemplo calculadores, relojes

digitales e instrumentos de medición electrónicos portátiles. Los

LEDs tienen la ventaja de proporcionar una visualización mucho

más brillante y al contrario de los LCDs reflejantes, se pueden

ver fácilmente en áreas oscuras o pobremente iluminadas.

Básicamente, Los LCDs operan con un voltaje bajo

(comúnmente de 3 a 15 V rms), con señal de corriente alterna de

baja frecuencia (de 25a 60 Hz) y consumen muy poca corriente.

Con frecuencia se configuran como visualizadores de 7

segmentos para lecturas numéricas, como se muestra en la

siguiente figura:

Página 12


El voltaje de corriente alterno necesario para encender un

segmento se aplica entre el segmento y el plano posterior, que

es común para todos los segmentos. El segmento y el plano

posterior forman un capacitador que consume muy poca

corriente, siempre y cuando la frecuencia de la corriente alterna

se mantenga baja. Por lo general, esta frecuencia no es menos

que 25 Hz, debido a que produciría un parpadeo visible.

Una explicación simplificada sobre cómo opera un LCDs

mas menos la siguientes: cuando no hay diferencia de voltaje

entre un segmento y el plano posterior, se dice que el segmento

no está activado (APAGADO). Los segmentos d, e, f y g de la

siguiente figura:

Están

APAGADOS y reflejaran luz incidente, de modo que aparecen

visibles contra su fondo. Cuando se aplica un voltaje de corriente

alterna apropiado entre el segmento y el plano posterior, el

segmento se activa (ENCENDIDO).

4. EXCITACIÓN DE UN LCD.

Un segmento de un LCD se encenderá cuando se aplique

un voltaje de corriente alterna entre el segmento y el plano

posterior, y se APAGARÁ cuando no vista voltaje entre los dos. En

vez de generar una señal de corriente alterna, es práctica común

Página 13


producir el voltaje de corriente alterno requerido aplicando ondas

cuadradas fuera de fase al segmento y al plano posterior. Esto se

ilustra en la siguiente figura:

Método para

excitar un segmento de LCD

Para un segmento se aplica una onda cuadrada de 40 Hz al

plano posterior y también a la entrada de una compuerta XOR

CMOS 74HC86. La otra entrada de la compuerta XOR es una

entrada de CONTROL que controlara si el segmento esta

ENCENDIDO o APAGADO.

Cuando la entrada CONTROL sea BAJA, la salida XOR será

exactamente la misma que la onda cuadrada de 40 Hz, de

manera que las señales aplicadas al segmento y al plano

posterior serán iguales. Como no hay diferencia de voltaje, el

segmento estado APAGADO Cuando la entrada CONTROL es

ALTA, la salida de compuerta XOR será El INVERSO de la onda

cuadrada de 40 HZ, de manera que la señal aplicada al

segmento estará fuera de fase con la señal aplicada al plano

posterior. Como resultado, el voltaje en el segmento será de

manera alterna +5 V y -5 V con respecto al plano posterior. Este

voltaje de corriente alterna ENCENDERA el segmento.

Esta misma idea se puede extender aun visualizador LCD

completo de 7 segmentos, como se muestra en la siguiente

imagen:

Página 14


Excitación en visualizador de 7 segmentos.

En este caso el decodificador excitador de BCD a 7

segmentos CMOS 74HC4511 suministra las señales de CONTROL

a cada una de las siete compuertas XOR para los siete

segmentos. El 74HC4511 tiene salidas activas en ALTO para

encender un segmento. El decodificador-excitador y las

compuertas XOR de la siguiente

figura:

Página 15


Están disponibles en un solo chip. El CMOS 74HC4543 es

uno de estos chips, el cual toma un código de entrada BCD y

proporciona las salidas para excitar directamente los segmentos

del LCD.

En general, los dispositivos CMOS se emplean para excitar

los LCDs por dos razones: (1) requieren mucho menos potencia

que los TTLs y son más adecuados para las aplicaciones

operadas con baterías donde se usen LCDs; (2) el voltaje de

estado BAJO de TTL no es 0 V exactamente y puede ser tan alto

como 0.4V. Esto producirá una componente de corriente directa

del voltaje entre el segmento y el plano posterior, lo cual reduce

considerablemente la vida de un LCD.

5. CIRCUITOS CODIFICADORES.-

La mayoría de los decodificadores aceptan un código d

entrada y producen un ALTO (o un BAJO) en una y solo en una

línea de salida. En otras palabras, un decodificador identifica,

reconoce y detecta un código en particular. A lo opuesto de este

proceso d decodificación se le llama codificación y se lleva a

cabo mediante un circuito lógico llamado codificador. Un

codificador tiene un número de líneas de entrada, de las cuales

solo una se activa en un tiempo determinado y produce un

código de salida de Nbits, dependiendo de cual entrada se

active, como lo muestra la siguiente imagen:

Página 16


Diagrama general del codificador.

Donde se muestra en dicho diagrama general de un

codificador con M entradas y N salidas. Aquí las entradas son

activas en ALTO, lo cual significa que normalmente son BAJAS.

5.1 TIPO DE CODIFICADORES

5.1.1 CODIFICADORES DE PRIORIDAD

Este circuito incluye una lógica necesaria para asegurar

que cuando dos o más entradas se activen, el código de salida

corresponderá a la entrada que tiene asociada el mayor de los

números. Por ejemplo en la siguiente imagen, cuando A3 y A5

sean BAJAS el código salida será 101 (5). Así sucede también

Página 17


cuando A6, A2, y A0 estén en BAJO, el código de salida será 110

(6). El 74148, 74LS148 y 74HC148 son codificadores de

prioridad de octal a binario.

5.1.2 CODIFICADOR DE PRIORIDAD DECIMAL A BCD 74147.

A continuación el símbolo lógico y la tabla de verdad para el

74147 (74LS147 74HC147), el cual funciona como decodificador

de prioridad decimal a BCD.

Codificador de prioridad 74147 de decimal a BCD.

Tiene nueve (9) entradas activas en BAJO las cuales

representan los números del 1 al 9 y produce el código BCD

inverso correspondiente a la entrada activa con el número

mayor. La tabla de verdad que muestra circuito, muestra una

primera línea la cual tiene todas las entradas en estado inactivos

en ALTO. Para esta condición la salidas son 1111, que es el

inverso de 0000, el código BCD para 0. La segunda línea de la

tabla nos indica que un BAJO en A9, sin importar los estados en

las otras entradas, producirá un código de salida 0110, que es el

inverso de 1001, el código BDC para 9.

La tercera línea muestra un BAJO A8, siempre y cuando

que la entrada en A9, sea ALTA, producirá un código de salida

Página 18


0111, el inverso de 1000, el código BCD para 8. Y de manera

similar es en las líneas restantes en la tabla muestran que un

BAJO en cualquier entrada, si es que todas las entradas con

numeración mayor son ALTAS, producirá el inverso del código

BCD para esa entrada.

Las salidas de un codificador 74147 normalmente serán

ALTAS cuando ninguna de las entradas se active. Esto

corresponde con la condición de entrada 0 decimal. No hay

entrada A0, ya que el codificador supone el estado de entrada 0

decimal cuando todas las entradas son ALTAS. Las salidas BCD

invertidas del 74147 se pueden convertir a BCD normal, pasando

por un INVERSOR.

5.1.3 CODIFICADORES INTERRUPTORES

Se utilizan 10 interruptores estos podrían ser los

interruptores del teclado o de la calculadora, representando los

dígitos del 0 al 9. Normalmente los interruptores son del tipo

abierto normal, de modo que todas las entradas del codificador

son altas y la salida BCD de la tecla con el numero mayor.

El codificador del siguiente ejemplo se puede usar cuando

haya que ingresar dato BCD de forma manual en un sistema

digital. Un ejemplo seria una calculadora electrónica, en la que el

operador presiona sucesivamente varios interruptores para

ingresar un número decimal.

Página 19


CONCLUSION.

Declarando ya como resumen para concluir dicho trabajo

de investigación en referencia a los Circuitos Integrado

específicamente de los Codificadores y Decodificadores, se

podría decir que desde el origen del computador se aplica desde

su principio tablas de verdad y circuitos integrados, solo que

estos se clasifican en ciertos tipos, en el caso de los

decodificadores y codificadores se utiliza lo que llamamos

Circuitos MSI (Media Escala de Integración), siendo está

conformada hasta con 100 compuertas lógicas.

Existen algunos paquetes en circuito integrado que realizan

funciones lógicas muy usuales y que representan una ligera

variante a los decodificadores mencionados anteriormente.

Página 20


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FUENTES IMPRESAS:

Libros.

Tocci Wiclmer. (2003). Sistemas digitales “Principios y Aplicaciones” (8va ed.). México.

Herbet Taub. (1982). Circuitos digitales y microprocesadores. (1ra ed.). España: La Colonia

Thomas L. Floy. (1998). Fundamentos de sistemas digitales. (6ta ed.). España.

Roden S. Martin. (2000). Diseño Electrónico de circuitos y sistemas. (3ra ed.). Mexico: Savant Jr.C.J

Página 21

Documents

CIRCUITOS INTEGRADOS CODIFICADORES Y DECODIFICADORES