TIPOS DE CIRCUITOS

CODIFICADOR.-

Son los dispositivos MSI que realizan la operación inversa a la realizada por los decodificadores. Generalmente, poseen 2n 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.

1. Codificadores 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.

2. 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.

3. 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.

DECODIFICADOR.-

Un decodificador es un circuito lógico con n entradas y 2n salidas como máximo, 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 (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.-

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. 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.

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,…

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.

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

CONTADORES SÍNCRONOSSu 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.

Contadores CrecientesVeamos 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:

Contadores Decrecientes. ReversiblesLos 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.

CONTADORES ASÍNCRONOSEn 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.

Contadores PredisponiblesEl 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.

Contadores ProgramablesSe 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.

Contadores en anilloUn 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.

Contador biquinarioEs 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 1.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.