Otros circuitos digitales. Actividad de apertura. Circuitos lógicos secuenciales.

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1 Otros circuitos digitales En esta unidad aprenderás: El funcionamiento de los codificadores y decodificadores Multiplexor y Demultiplexor Convertidor Digital-Análogo y Análogo-Digital UNIDAD 4 Actividad de apertura. Circuitos lógicos secuenciales. Reúnanse en binas, y contesten las siguientes preguntas:. Qué es un display? y para que se utiliza? 2. Cómo funciona un conmutador telefónico? 3. En qué aparatos electrónicos se convierten señales análogas a digitales? 4. Codificadores y decodificadores Alguna vez te has preguntado cómo aparecen los números en el display de una calculadora al presionar cada una de las teclas? Supongamos que queremos que al presionar la tecla 7 aparezca el 7 en el display, para lograrlo utilizamos un codificador de decimal a BCD para convertir cada pulsación del teclado en un número binario de 4 bits, seguido por un decodificador de BCD a 7 segmentos para convertir el número binario de 4 bits en un número que podamos leer en un display, como se muestra en la siguiente imagen. Figura 69. Ejemplo de aplicación de los codificadores y decodificadores para la visualización en display de un dígito seleccionado en un teclado. 52

2 4.. Funcionamiento de los codificadores Un circuito codificador tiene cierto número de líneas de entrada, de las cuales solo una se activa en un momento dado y produce un código binario de salida de N bits, dependiendo de la entrada que se active. La siguiente figura muestra el circuito lógico básico de un codificador de 4 entradas ( al 3) y 2 salidas (B y A, donde B es el bit más significativo y A es el bit menos significativo). Utiliza solo compuertas OR por lo que sus salidas son activadas en ALTO. Observe que cuando se activa una sola de las entradas se genera a la salida el código binario correspondiente (por ejemplo, cuando se activa la entrada 2 se tiene a la salida el código binario BA=. Entrada activada Código de salida (Binario) decimal B A 2 3 Figura 7. Circuito lógico con compuertas OR de un decodificador de 4 entradas a 2 salidas y su tabla de verdad. Cada una de las entradas producirá un código binario en las salidas B y A como se explica a continuación: La entrada no activa a ninguna de las dos compuertas OR de manera que obtengamos en las salidas B= y A=. La entrada solo activa a la compuerta OR para obtener BA=. La entrada 2 solo activa a la compuerta OR2 para obtener BA=. La salida 3 activa a las compuertas OR y OR2 para obtener BA= Codificador de decimal a BCD El codificador decimal a BCD posee diez entradas (del al 9, correspondientes cada una a un digito decimal) y cuatro salidas en código BCD (D, C, B y A, donde D es el bit más significativo y A es el bit menos significativo). Cuando se activa una de las entradas se producirá en la salida el código BCD correspondiente a la entrada activada. Por ejemplo, en la siguiente imagen se muestra un codificador de decimal a BCD en donde se activa la entrada 6 y se obtiene en las salidas el código DCBA=. Figura 7. Circuito lógico con compuertas OR de un decodificador de 4 entradas a 2 salidas y su tabla de verdad. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 53

3 Actividad de aprendizaje 2. Codificadores.. Diseñe un circuito codificador de 8 entradas a 3 salidas 2. Consulta en internet la configuración de terminales del Circuito Integrado codificador de decimal a BCD 74LS47 y pégala en el siguiente espacio. 3. Consulta en internet la configuración de terminales del Circuito Integrado codificador de teclado matricial a BCD 74LS922 y pégala en el siguiente espacio. Circuito integrado Configuración de terminales 74LS47 74LS922 Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 54

4 4..3 Funcionamiento de los decodificadores Un decodificador es un circuito lógico por el que se introduce un número binario de N bits y se activa una y sólo una de las salidas, permaneciendo el resto desactivadas. Por lo general los decodificadores tienen N entradas y M=2 N salidas. La siguiente figura muestra el circuito lógico básico de un decodificador de 2 entradas y 2 2 =4 salidas. Utiliza solo compuertas AND por lo que sus salidas son activadas en ALTO. Observe que para un código de entrada dado, la única salida activa (ALTO) es la que corresponde al equivalente decimal del código de entrada binario (por ejemplo, la salida O2 cambia a ALTO solo cuando BA= 2 ). Número binario Salida activa B A O 3 O 2 O O Figura 72. Circuito lógico de un decodificador 2 a 4. Cada combinación de las entradas producirá que se active una salida como se explica a continuación: La salida O se activara cuando B= y A= ya que O = B A La salida O se activara cuando B= y A= ya que O = B A La salida O2 se activara cuando B= y A= ya que O 2 = BA La salida O3 se activara cuando B= y A= ya que O 3 = BA Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 55

5 Actividad de aprendizaje 2. Decodificadores.. Diseñe un circuito decodificador de 3 entradas a 8 salidas Decodificador de BCD a decimal El decodificador BCD a decimal posee cuatro entradas (D, C, B y A, donde D es el bit más significativo y A es el bit menos significativo) y salidas (del al 9, correspondientes cada una a un digito decimal). Cada salida se activa (en ALTO o en BAJO) solo cuando se aplica su entrada BCD correspondiente. Por ejemplo, en la siguiente imagen se muestra un decodificador de BCD a decimal en donde se activa la salida 3 solo cuando la entrada DCBA=. Figura 73. Codificador de BCD a decimal. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 56

6 4..5 Decodificador de BCD a 7 segmentos La mayoría de los sistemas digitales cuentan con un medio para visualizar la información ya sea en forma de números o letras, de manera que el usuario pueda comprender con facilidad. Una de las maneras más sencillas para visualizar la información consiste en el uso de un display de 7 segmentos (de a a g), en donde cada segmento contiene un led y con ellos se pueden formar los números del al 9. Figura 74. Display de 7 segmentos. Un decodificador de BCD a 7 segmentos se utiliza para tomar un número BCD de cuatro 4 bits y activar los segmentos necesarios de un display para mostrar un numero decimal. Figura 75. Números en el display de 7 segmentos. Actividad de aprendizaje 22. Decodificador de BCD a 7 segmentos. Investiga cual es la diferencia entre un display ánodo común y un display cátodo común. 2. Cuál es la diferencia entre los decodificadores de BCD a 7 segmentos 74LS47 y 74LS48? 3. Pega una imagen de la configuración de terminales de los decodificadores 74LS47 y 74LS48 Circuito integrado Configuración de terminales 74LS47 74LS48 Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 57

7 4.2 El multiplexor y Demultiplexor 4.2. Multiplexor (MUX) Un autoestéreo puede tener un botón que seleccione música de una de cuatro fuentes: un disco compacto (CD), una memoria USB, un sintonizador de radio o una entrada auxiliar (para conectar el celular). Dicho botón selecciona una de las señales electrónicas de una de estas cuatro fuentes y la envía al amplificador de poder y las bocinas. En términos simples, esto es lo que hace un multiplexor (MUX): selecciona una de varias señales de entrada y la pasa a la salida. Figura 76. Ejemplo del uso de un multiplexor para seleccionar la fuente de audio. Un multiplexor digital o selector de datos es un circuito lógico que acepta varias entradas de datos digitales y selecciona una de ellas para pasarla a la salida dependiendo del selector de datos, a esto se le conoce como multiplexaje. Múltiples entradas de datos Multiplexor de 2 entradas (MUX 2X) Selector de datos (Switch) Figura 77. Multiplexor. Una salida de datos En la siguiente figura se muestra el circuito lógico para el multiplexor de dos entradas de datos (I e I), una entrada de selección (S) y una de salida (Z). El nivel lógico que se aplica a la entrada S determina cual compuerta AND está habilitada, de manera que su entrada de datos pase a través de la compuerta OR a la salida Z como se describe a continuación: I se conecta a la compuerta AND con S, de manera que I pasara a travez de su compuerta AND y la compuerta OR hasta llegar a la salida Z solo cuando S=. I se conecta a la compuerta AND2 con S, de manera que I pasara a travez de su compuerta AND2 y la compuerta OR hasta llegar a la salida Z solo cuando S=. Figura 78. Circuito lógico de un MUX 2x. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 58

8 La siguiente tabla de verdad muestra el comportamiento del multiplexor cumpliendo con lo descrito anteriormente. S Salida Z=I Z=I Tabla de verdad de un MUX 2x I I Z S I I Z S Selección de datos del MUX 2x Demultiplexor (DEMUX) El demultiplexor realiza la operación contraria a un multiplexor, ya que recibe la señal por una sola entrada y la envía a una de varias salidas, para entender su funcionamiento veamos el siguiente ejemplo: En el CBTIS 22 se tiene un número telefónico de atención a alumnos, padres y maestros, pero al llamar a este número nos piden el número de extensión para comunicarnos con los distintos departamentos ya sea dirección, escolares, servicios docentes, vinculación, orientación, etc. En términos simples, esto es lo que hace un demultiplexor o distribuidor de datos: realiza la función contraria a un multiplexor, ya que recibe datos por una sola entrada y los distribuye a través de una de varias salidas. Extensiones Conmutador Figura 78. Ejemplo del uso de un demultiplexor para la selección de extensión telefónica. En el campo de las telecomunicaciones el demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un medio de transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes de la misma encaminándolas a las salidas correspondientes. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 59

9 Demultiplexor de 2 salidas (DEMUX X2) En la siguiente figura se muestra el circuito lógico para el demultiplexor de una entrada de datos (I ), una entrada de selección (S ) y dos salidas (Z y Z). El nivel lógico que se aplica a la entrada S determina cual compuerta AND está habilitada, de manera que la entrada de datos pase a través de la compuerta AND habilitada a la salida Z o Z como se describe a continuación: La entrada de datos I se conecta en la compuerta AND con S, de manera que pasara a través de su compuerta AND hacia la salida Z solo cuando S=. La entrada de datos I también se conecta en la compuerta AND2 con S, de manera que pasara a través de su compuerta AND2 hacia la salida Z solo cuando S=. Figura 79. Demux x2. La siguiente tabla de verdad muestra el comportamiento del multiplexor cumpliendo con lo descrito anteriormente: Z S Salidas I Z Z Z=I S I S Z Z=I Tabla de verdad de un DEMUX x2 Selección de datos del DEMUX x2 Actividad de aprendizaje 23. Mux y Demux Investiga en internet dos aplicaciones los Multiplexores y Demultiplexores. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 6

10 5 Convertidores Análogo-Digital y Digital-Análogo La conversión A/D (Análogo a Digital) tiene por objeto la transformación de un valor de tensión o corriente analógico en un código binario de n bits. Mientras que la conversión D/A (Digital a Análogo) transforma el código binario de n bits a una señal analógica. Esto se puede observar en el ejemplo de la figura., en donde se convierte una señal de audio en un número binario y después se vuelve a convertir en una señal de audio. Figura 8. Conversión de una señal de audio análoga a digital y de digital a análoga. 5. Conversión Digital-Analógico (DAC) La conversión Digital-Analógico es el proceso de tomar un valor representado en código digital (como binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente proporcional al valor digital. En la siguiente figura se muestra el símbolo para un convertidor DAC de 4 bits. Observe que hay una entrada de referencia de voltaje (Vref), esta entrada se utiliza para determinar la salida (Vo) a escala completa o valor máximo que puede producir el convertidor D AC. Las entradas digitales d3, d2, d y d se derivan, por lo general, del registro de salida de un sistema digital. d es el bit menos significativo (LSB) y d3 es el más significativo (MSB). Salida analógica Entrada digital Figura 8. DAC de 4 bits con salida de voltaje. 5.2 Conversión Analógico Digital (ADC) Un convertidor analógico-digital toma un voltaje de entrada analógico (que puede provenir de un sensor de temperatura, un sensor de humedad, un micrófono, etc.), y después de cierto tiempo produce un código de Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 6

11 salida digital que representa a la entrada analógica. Figura 82. Convertidor ADC. Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después recuperar con exactitud. Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin problema y se puede guardar con gran facilidad. La información manipulada puede después volver a tomar su valor analógico original, con un DAC (convertidor Digital a Analógico) Actividad de aprendizaje 23. Convertidores.. Investiga en internet dos aplicaciones del convertidor análogo-digital 2. Investiga en internet dos aplicaciones del convertidor digital-análogo. Cynthia Patricia Guerrero Saucedo 62