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CIRCUITOS COMBINACIONALES BÁSICOS. Un circuito combinacional es aquel que está formado por funciones lógicas elementales (AND, OR, NAND, NOR, etc. ), que tiene t iene un determinado número número de entradas y salidas, En cada instante, el valor de la salida (o salidas) depende únicamente de los valores de las entradas Por lo tanto, en ellos no es necesario tener en cuenta el tiempo. Ejemplo de este tipo de circuitos son: los codificadores, decodificadores, multiplexores, demultiplexores, comparadores, comparadores, generadores-detectores generadores-detectores de paridad, etc. Por lo tanto, un circuito o un sistema sistema lógico combinacional combinacional es la implementación implementación de una función lógica. Los sistemas o circuitos combinacionales pueden ser representados mediante una tabla de verdad o mediante las expresiones ya vistas anteriormente (formas canónicas, como suma de productos o producto de sumas). Toda función lógica puede implementarse implementarse en un circuito o sistema combinacional. combinacional. Dos aspectos a tratar en los sistemas combinacionales: combinacionales: Análisis del del circuito: circuito: dado el esquema esquema del del circuito obtener sus sus ecuaciones ecuaciones para simplificarlas y obtener la especificación literal de su funcionamiento (debe conducir a una solución única). Síntesis o diseño del circuito: Dada una especificación literal, obtener un circuito que la satisfaga (generalmente bajo unos criterios de optimización). Varios circuitos pueden satisfacer la misma tabla de verdad (solución no única). En ambos casos aplicaremos las técnicas de obtención de funciones booleanas y su simplificación.
MULTIPLEXORES Multiplexar es transmitir datos de unas fuentes a la salida del circuito combinacional. Un multiplexor es un circuito combinacional que selecciona una de n líneas de entrada y transmite su información binaria a la salida. La selección de la entrada es controlada por un conjunto de líneas de selección. La relación de líneas de entrada y líneas de selección está dada por la expresión 2 n, donde n corresponde al número de líneas de selección y 2 n al número de líneas de entrada. Un multiplexor es un dispositivo que permite dirigir la información digital procedente de diversas fuentes a una única línea para ser transmitida a través de dicha línea aun destino común
Catedrático: Ing. Edgar Ocxiel Ochoa Herrera.
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El multiplexor básico posee varias líneas de entrada de datos y una única línea de salida. También posee entradas de selección de datos, que permiten conmutar los datos digitales provenientes de cualquier entrada hacia la línea de salida. A los multiplexores también se les conoce como selectores de datos. Una definición más formal de multiplexor sería la de un circuito combinacional con: 2n entradas de datos (k0, k1, k2,...) n entradas de selección o control (a, b,..) • •
Funcionamiento: permite elegir cuál es el canal de entrada cuya información aparece en el de salida. La selección del canal de entrada se realiza con el número binario puesto en la entrada de selección. La síntesis con puertas lógicas se realiza obteniendo la expresión lógica de la salida Z, Obteniendo:
DEMULTIPLEXORES (DISTRIBUIDORES DE DATOS) Un demultiplexor es un circuito combinacional que recibe información en una sola línea y la transmite a una de 2 n líneas posibles de salida. La selección de una línea de salida específica se controla por medio de los valores de los bits de n líneas de selección. La operación es contraria al multiplexor.
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En el demultiplexor de 1 a 4 líneas. Las líneas de selección de datos activan una compuerta cada vez y los datos de la entrada pueden pasar por la compuerta hasta la salida de datos determinada. La entrada de datos se encuentra en común a todas las AND.
Un decodificador se convierte en un demultiplexor añadiéndole una señal más a su circuitería interna. Si se aplica esta señal, la salida será el complemento de dicha señal, ya que la salida es 0 si todas las entradas son 1, y aparecerá únicamente en la línea seleccionada. El decodificador de la figura siguiente funciona como un demultiplexor si la línea E se toma como línea de entrada de datos y las líneas I 0 e I 1 como líneas de selección. Observe que la variable de entrada E tiene un camino a todas las salidas, pero la información de entrada se dirige solamente a una de las líneas de salida de acuerdo al valor binario de las dos líneas de selección I 0 e I 1. Por ejemplo si la selección de las líneas I 0I 1 = 10 la salida Y 2 tendrá el mismo valor que la entrada E , mientras que las otras salidas se mantienen en nivel bajo. En consecuencia, como las operaciones decodificador y demultiplexor se obtienen del mismo circuito, un decodificador con una entrada de activación se denomina decodificador/demultiplexor; siendo la entrada de activación la que hace al circuito un demultiplexor.
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LOS CODIFICADORES Al diseñar un sistema digital, es necesario representar o codificar en forma binaria la información numérica y alfanumérica que se obtiene de dicho sistema y, para ello, existen los circuitos combinatorios denominados codificadores. Un codificador es un circuito combinatorio que cuenta con un número determinado de entradas, de las cuales sólo una tiene el estado lógico 1, y se genera un código de varios bits que depende de cuál sea la entrada excitada.
Ilustración 1 Diagrama de bloques de un codificador de 10 entradas y 4 salidas
Para ilustrar esto mejor pongamos un ejemplo. Supongamos que queremos transmitir un código binario con cada una de las pulsaciones de un teclado numérico, como puede ser el de una calculadora, en éste existen diez dígitos y al menos seis caracteres especiales y, si consideramos sólo las diez cifras, esta condición la podemos satisfacer con cuatro bit. Pero variemos el circuito de la calculadora para entender mejor el ejemplo. Modifiquemos el teclado de tal manera que al presionar una tecla se cierre el pulsador que conectará una línea de entrada. En el interior del bloque podemos imaginar unos conductores cruzados que unen entradas y salidas entre sí.
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Veamos cómo han de conectarse a fin de que den los códigos deseados. Para representar los códigos de salida utilizaremos el denominado código BCD. La tabla de verdad que define este codificador es la siguiente:
Entradas
Salidas
1234567890
Y4 Y3 Y2 Y1
0000000001
0 0
0
0
0000000010
0 0
0
1
0000000100
0 0
1
0
0000001000
0 0
1
1
0000010000
0 1
0
0
0000100000
0 1
0
1
0001000000
0 1
1
0
0010000000
0 1
1
1
0100000000
1 0
0
0
1000000000
1 0
0
1
Cuando alguna de las entradas está a 1, quiere decir que el pulsador correspondiente está accionado. Como suponemos que no hay más que un pulsador activado simultáneamente, entonces en cualquier línea de la tabla todas las entradas excepto una serán 0. A partir de la tabla se deduce que la salida Y1 será 1 si lo es la entrada 9, ó la 7, ó la 5, ó la 3, ó la 1, de ahí que la ecuación booleana correspondiente a esta salida sea la suma de las entradas 1, 3, 5, 7 y 9. Si seguimos analizando la tabla obtendremos, de forma análoga, las ecuaciones que tienen que cumplir las salidas Y2, Y3 e Y4. Cada una de las ecuaciones que salen de la tabla de verdad se podrá formar con compuertas OR. En nuestro ejemplo, el bloque que antes habíamos diseñado imaginariamente con una trama de conductores, ahora lo conectaremos a través de diodos; y a este nuevo bloque lo denominaremos matriz de diodos.
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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 compuerta OR seguidor de emisor.
Sustitución de diodos por transistores
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Normalmente un codificador utiliza niveles de salida TTL. Si cada línea de salida del codificador va a la entrada de datos de una formación tótem, tendremos una salida en tótem. Si, por el contrario, conectamos dicha salida a la entrada de datos de una etapa de colector abierto, estaremos ante una salida en colector abierto. Dentro de los codificadores podemos distinguir varios tipos, como el descrito anteriormente de células con diodos, y los denominados codificadores con prioridad. Codificadores con prioridad y señal de habilitación
Circuito integrado típico de un codificador con prioridad
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LOS DECODIFICADORES En un sistema digital, como puede ser nuestro PC, se pueden transmitir tanto instrucciones como números mediante niveles binarios o trenes de impulsos. Si, por ejemplo, los cuatro bits de un mensaje se disponen para transmitir órdenes, se pueden lograr 16 instrucciones diferentes, esto es lo que denominábamos, información codificada en sistema binario. Otras veces nos interesa que un conmutador de varias posiciones pueda funcionar de acuerdo con este código, es decir, para cada uno de los dieciséis códigos debe ser excitada una sola línea. A este proceso de identificación de un código particular se le denomina decodificación.
Decodificador básico de dos entradas y cuatro salidas contruido a partir de compuertas NAND
Dicho de otra manera, un decodificador realiza la función opuesta a la de codificar, es decir, convierte un código binario de varias entradas en salidas exclusivas. Podemos distinguir dos tipos básicos de decodificadores: los excitadores y los no excitadores. En el primero de los casos tenemos, por ejemplo, aquellos cuya misión es convertir el código BCD de sus entradas al formato de salida necesario para excitar un visualizador numérico o alfanumérico.
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Dado que el código BCD permite hasta 16 combinaciones diferentes y sólo se utilizan 10 para dígitos decimales y 5 para signos especiales, la combinación que queda apaga todos los segmentos. Existe una entrada añadida a las de los cuatro bits del código, que sirve para impedir o permitir la salida del decodificador una vez representadas las entradas. Por lo tanto, el decodificador será un sistema combinacional de cinco entradas y siete salidas. Representamos la tabla de verdad correspondiente solamente a los diez dígitos decimales, teniendo en cuenta que la entrada de inhibición o "strobe" siempre se encuentra a 1:
Entradas ABCD
abcdefg
SIGNO
0000
1111110
0
1000
0110000
1
0100
1101101
2
1100
1111001
3
0010
0110011
4
1010
1011011
5
0110
0011111
6
1110
1110000
7
0001
1111111
8
1001
1110011
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A partir de esta tabla se pueden obtener todas las expresiones booleanas para la construcción de cada una de las salidas del código de 7 segmentos.
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CIRCUITO 555 MODO MONOESTABLE Este circuito tiene la característica de que necesita de un pulso externo para cambiar de estado, pasado un período de tiempo, este regresa al estado anterior, es imposible mantener el estado activo indefinidamente. A este circuito comúnmente se le conoce como "Timer", Un buen ejemplo de esto, es nuevamente el circuito integrado 555, conectado como Multivibrador Monoestable. La salida del circuito es inicialmente cero, el transistor está saturado y no permite la carga del condensador C1. Pero al pulsar SW1 se aplica una tensión baja en el terminal de disparo TRIGGER, que hace que el biestable RS cambie y en la salida aparezca un nivel alto. El transistor deja de conducir y permite que el condensador C1 se cargue a través de la resistencia R1. Cuando la tensión en el condensador supera los 2/3 de la tensión de alimentación, el biestable cambia de estado y la salida vuelve a nivel cero. R2 está entre 1k y 3,3 M, el valor mínimo de C1 es de 500pf.
Conexión del 555 en modo mono estable
Se basa en la carga y descarga del capacitor C. Al aplicar un pulso negativo (menor a 1/3 Vcc) en el terminal 2 (trigger) el flip-flop interno del integrado coloca la salida en estado alto y levanta el cortocircuito a través del capacitor. En ese momento el capacitor comienza a cargarse exponencialmente, durante un periodo igual a t=1,1 R AC Al finalizar ese tiempo el capacitor estará cargado con un valor de 2/3 Vcc. Entonces el comparador resetea el flip-flop el cual lleva la salida a estado bajo y descarga el capacitor.
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Tanto la carga como el límite del comparador son ambos directamente proporcional al voltaje de alimentación, el intervalo de tiempo es independiente de dicho voltaje. Durante el ciclo temporizado cuando la salida esta a nivel alto cualquier aplicación de un pulso negativo en el trigger no tendrá efecto sobre el temporizado siempre y cuando el nivel del trigger regrese al nivel alto 10uS antes del fin del tiempo temporizado. Sin embargo el circuito puede ser reseteado durante el ciclo temporizado aplicando un pulso negativo en el terminal de reset. La salida volverá a estar a nivel bajo, hasta que se produzca otro pulso sea aplicado al trigger. Cuando la función de reset no se use, es recomendable conectarla a Vcc para evitar activaciones en falso. En la operación monoestable el trigger deberá estar en el nivel alto antes del fin del ciclo temporizado.
Ejemplo de mono estable
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CIRCUITOS 555 MODO ASTABLE Suponiendo el condensador descargado inicialmente y además la pata 3 del 555 esta en 1; lo que implica que la 7 esta en 0 cortando el transistor que se encuentra internamente. Se obtiene el siguiente circuito, tomando en cuenta que la pata 2 y 6 tienen alta impedancia, ya que internamente son las entradas de un Amplificador Operacional. Fijarse en la unión externa que tienen las patas 6 y 2 del 555.
Configuración Astable
La frecuencia, depende los valores de RA, RB y CT y se evalúa mediante la siguiente fórmula: Para que se cumpla esta expresión, el valor de RB debe ser menor de RA/2, sino el circuito no puede oscilar, porque el voltaje en el pin 2 (TRIGGER) del 555 nunca alcanzaría el nivel de disparo (1/3 de Vcc). En este circuito, el ciclo de trabajo depende de los valores de RA y RB y se calcula así: En este circuito, no es posible alcanzar una onda simétrica pura. Lo que se puede hacer para alcanzar una onda cuyo ciclo de trabajo sea lo más cercano al 50%, RA debe ser una resistencia mucho mayor al de RB. Si se desea obtener ciclos de trabajo del 50%, se deben conectar dos diodos, tal como se muestra en la siguiente figura: Catedrático: Ing. Edgar Ocxiel Ochoa Herrera.
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Circuito Astable
En electrónica, un astable es un multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo que significa que posee dos estados "quasi-estables" entre los que conmuta, permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. La frecuencia de conmutación depende, en general, de la carga y descarga de condensadores.
Circuito multiplicador
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