100560786 Circuitos Integrados Codificadores y Decodificadores

CIRCUITOS INTEGRADOS (CODIFICADOR-DECODIFICADOR).

Fundamentos teóricos de la Computación

Página 3

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 4

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 5

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 6

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.

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

símbolo lógico; (c) tabla de verdad.



Página 7

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 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



Página 8

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.

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



Página 10

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

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 producir



Página 13

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



Página 17

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



Página 18

La tercera línea muestra un BAJO A8, siempre y cuando que

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

Documents

100560786 Circuitos Integrados Codificadores y Decodificadores