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.

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.

Aplicaciones.-

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 puertaproduce

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 (NegativeTemperatureCoefficient). 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 deimpulsos

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

de impulsos recibido.

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

han de interconectarse de manera apropiada.

Clasificación de los contadores

CONTADORES SÍNCRONOS

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

simultáneamente. Este hecho significa que todos los biestables conmutarán ala vez y,

por tanto, no ocurrirán situaciones transitorias exteriores al código. Por otraparte 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

laconmutación será el de un solo biestable.

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

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

utilizar lateoría 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 Crecientes

Veamos cual sería el proceso para realizar contadores síncronos binarioscrecientes de

módulos : 2, 4 y 8.

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

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

Contadores Decrecientes. Reversibles

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

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

mayororden de magnitud conforme se aplican los impulsos de avance.

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

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

contadorescrecientes.

CONTADORES ASÍNCRONOS

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

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

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

biestableslas que hacen bascular a los demás. No todos los biestables conmutan a la

vez ya que seacumularán retardos a medida que la señal va pasando de unos a otros.

La máximavelocidad de trabajo del contador vendrá limitada por estos efectos.

Tendremos presentela tabla de funcionamiento de los distintos tipos de biestables.

En los contadores asíncronos es usual utilizar biestables tipo T para suimplementación.

Veamos algunos ejemplos de diseño de contadores asíncronos.

Contadores Predisponibles

El término predisponible se refiere a la cualidad que poseen ciertos contadoresde

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

normalmentea 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

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

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

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

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

Contadores Programables

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

alguna entrada adicional que condiciona la secuencia de cuenta.

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

totalmente independientes (excepto el estado inicial) o pueden compartir

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

secuencia,puedeser que deba permanecer validada durante toda la secuencia, o

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

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

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

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

sonindependientes como se puede deducir del enunciado.

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

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

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

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

diagramas deflujo para ambos casos serían:

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

vistoanteriormente, con la particularidad de incluir entradas adicionales.

Contadores en anillo

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

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

o viceversa.

Con cada impulso de cuenta este nivel alto (o bajo) se va desplazandocíclicamente. Se

dice que el contador se encuentra en estado n, cuando el biestableBnposee el nivel

activo respecto a los demás. Para realizar su síntesis puede procedersecomo en los

casos anteriores sin embargo su estructura es tan sencilla que en la prácticase

construyen mediante registros de desplazamiento en los que la salida del registro

seconecta 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

realizarcontadoresdecimales de lectura directa sin necesidad de decodificador. El

inconvenientees el número de biestables utilizados.

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 losimpulsos 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.