CIRCUITOS DIGITALES I -

UNMSM

CIRCUITOS CODIFICADORES

Y DECODIFICADORES

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 1

CIRCUITOS DIGITALES I -

INFORME PREVIO N°5

1. ¿Qué es un circuito codificador y un decodificador? ExpliqueCODIFICADOREs un circuito combinacional formado por 2 a la n entradas y n salidas cuya función es tal que cuando una sola entrada adopta un determinado valor lógico (0 o 1 , según las propiedades del circuito) las salidas representan en binario el número de orden de la entrada que adopte el valor activo.

Los codificadores comerciales construidos con tecnología MSI son prioritarios, esto quiere decir que la combinación presente a la salida será la correspondiente a la entrada activa de mayor valor decimal.

El diseño de un codificador se realiza como el de cualquier circuito combinacional.

DECODIFICADORSon circuitos combinacionales de N entradas y un número de salidas menor o igual a 2^n. Básicamente funciona de manera que al aparecer una combinación binaria en sus entradas, se activa una sola de sus salidas (no siempre).

Los codificadores realizan la función inversa a los codificadores. Un decodificador selecciona una de las salidas dependiendo de la combinación binaria presente a la entrada.

2. Diseñar un circuito codificador de teclado decimal al código BCD. Un codificador es un circuito combinacional integrado que tiene hasta 2^n entradas y n salidas y la función que desempeña es mostrar en la salida la combinación correspondiente al código binario de la entrada activada.

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 2

CIRCUITOS DIGITALES I -

Se entenderá mejor con un ejemplo: En una calculadora cuando pulsamos cualquiera de las diez teclas numéricas de una calculadora estamos marcando un número decimal, pero el calculador opera con número en binario. Para expresar en binario del 1 al 10, necesitamos al menos cuatro bits, ya que con tres solamente podríamos establecer 2^3 =8 combinaciones posibles (es decir del 0 al 7) y no podríamos codificar los diez dígitos necesarios (faltarían el 8 y el 9).Por tanto emplearemos 4 salidas. Como con 4 salidas (4 bits) tenemos 16 combinaciones y empleamos 10 (del 0 al 9), o bien dejaremos seis combinaciones sin emplear, o las utilizaremos para codificar cualquier otra función representada en alguna de las teclas de la calculadora (el +, el -, el ·, el ÷, el = y la √; por ejemplo)La tabla de verdad del codificador será:

A partir de la tabla se deduce que la salida S1 será 1 si lo es la entrada A9, ó la A7, ó la A5, ó la A3, ó la A1, de ahí que la ecuación lógica que corresponde 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 S2, S3 y S4.

En el caso de se activasen más de una entrada estaríamos ante el dilema de ¿qué entrada debería codificarse?, o se produciría una señal de error en la salida, por ello los codificadores pueden ser sin prioridad, (no suelen emplearse), y los codificadores con prioridad, generalmente a la entrada más significativa, en este caso la tabla de verdad sería:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 3

CIRCUITOS DIGITALES I -

Es decir si por cualquier circunstancia se activase más de una entrada simultáneamente, el codificador presentará en la salida la correspondiente al código de la entrada que tenga asignado un mayor peso, es decir la más significativa, resultando indiferente los valores que tomasen las otras entradas menos significativas.

En la figura adjunta se muestra el circuito integrado combinacional correspondiente a un codificador con prioridad de 9 entradas y cuatro salidas.

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 4

CIRCUITOS DIGITALES I -

3. Analizar la operación del decodificador 74LS47 y su uso con un display de siete segmentos de ánodo común. ¿Cómo hallaría experimentalmente cada uno de los terminales de un display de siete segmentos de ánodo común?Muchas presentaciones numéricas en dispositivos de visualización utilizan una configuración de 7 segmentos para formar los caracteres decimales de 0 a 9 y algunas veces los caracteres hexadecimales de A a F. Cada segmento está hecho de un material que emite luz (Display) cuando pasa corriente a través de él, los patrones de segmentos que sirven para presentar los diversos dígitos.

El decodificador 7447 está diseñado para activar segmentos específicos, aun de códigos de entrada mayores que 1001 (9). La figura Nº 2 muestra las representaciones para los códigos desde 0000 hasta 1111. Note que un código de entrada de 1111 borrará todos los segmentos.

Figura Nº 2. Modelos de segmentos para todos los posibles códigos de entrada.

El decodificador BCD a decimal, tiene su tabla de verdad, y es la siguiente:

Los decodificadores pueden ser de dos tipos: No Excitadores. Se denominan así a un tipo de decodificadores cuyas salidas

solo pueden acoplarse a otros circuitos digitales de la misma familia integrada, ya que dan una corriente muy pequeña en dichas salidas, incapaz de activar ningún otro componente.

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 5

CIRCUITOS DIGITALES I -

Decodificadores Excitadores. Son aquellos cuyas salidas dan suficiente corriente como para atacar, no solo a otros circuitos integrados de la misma familia, sino también a otros dispositivos, tales como displays, lámparas, relés, transductores, etc.

Un decodificador muy común es el de siete segmentos, este circuito combinacional activa simultáneamente varias salidas, decodifica la información de entrada en BCD a un código de siete segmentos adecuado para que se muestre en un display de siete segmentos, es el procedimiento empleado en todas las calculadoras, los relojes digitales, etc.

Su tabla de verdad sería:

En las imágenes siguientes puedes ver, qué segmentos están encendidos en dos números, el 6 y el 7. En el 7, como indica la tabla de verdad, están encendidos el a, el b y el c (encendido quiere decir en este caso valor lógico a 1)

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 6

CIRCUITOS DIGITALES I -

En el 6, están apagados el a y el b (apagado quiere decir valor lógico a cero)

4. Dibuje el diagrama lógico de un decodificador completo de 2 bits. Repita para un decodificador de 3 bits. Utiliza compuertas lógicas básicas y también un decodificador comercial. (74155 , 74139 y 74138)El circuito a estudiar es el siguiente:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 7

CIRCUITOS DIGITALES I -

Obtenemos la ecuación de cada una de las salidas y realizamos su tabla de verdad:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 8

CIRCUITOS DIGITALES I -

Con estas tablas se demuestra el circuito inicialmente analizado.

Para le decodificador de 3 bits, el circuito es el siguiente:

:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 9

CIRCUITOS DIGITALES I -

5. Analizar la operación del decodificador 74LS155 como un decodificador dual 2 x 4 ó como un decodificador simple de 3 x 8. Verifique el funcionamiento del CI. 74LS138, CI. 74LS139 y CI. 74LS154

CIRCUITO INTEGRADO TTL 74155 DOBLE DECODIFICADOR 2:4/DEMULTIPLEXOR DE 1:4.

Este circuito integrado contiene dos de multiplexores 1:4, que también pueden funcionar como decodificadores 2 a 4.

La relación de pines de este integrado es la siguiente:

A y B: entradas de selección comunes a los dos demultiplexores activas a nivel alto (5V).

1G y 2G: entradas de inhibición o STROBE de los demultiplexores 1 y 2 respectivamente, activas a nivel bajo (0V).

1C y 2C: entradas del dato de los demultiplexores 1 y 2 respectivamente. 1C es activa a nivel alto (5V) y 2C es activa a nivel bajo (0V).

1Y0, 1Y1, 1Y2, 1Y3: salidas del demultiplexor 1 activas a nivel bajo (0V). 2Y0, 2Y1, 2Y2, 2Y3: salidas del demultiplexor 2 activas a nivel bajo (5V).

Con esta lógica en los pines, el dato 1C está invertido en las salidas 1Y0, 1Y1, 1Y2, 1Y3, mientras que el dato 2C no lo está en 2Y0, 2Y1, 2Y2, 2Y3.

La tabla de verdad y el montaje del demultiplexor 1 es la siguiente:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 10

CIRCUITOS DIGITALES I -

Podemos observar que cuando la entrada del Strobe (1G) está a 0 y la del dato (1C) está a 1, el demultiplexor 1 se comporta como un decodificador de dos entradas (A y B) y cuatro salidas activas a nivel bajo.

CIRCUITO INTEGRADO TTL 74138 DECODIFICADOR 3:8/DEMULTIPLEXOR DE 1:8.

Este circuito integrado contiene un demultiplexor 1:8, que también puede funcionar como decodificador 3 a 8.

La relación de pines de este integrado es la siguiente: A , B y C: entradas de selección activas a nivel alto (5V). E3 : entrada de validación o de dato activa a nivel alto (5V). E2 y E1: entradas de validación activas a nivel bajo (0V). Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7: salidas del demultiplexor activas a nivel bajo

(0V).

La tabla de verdad y el montaje del demultiplexor es la siguiente:

Para que el circuito funcione como demultiplexor la entrada E3 tiene que estar a 1 y una de las otras dos (E2 ó E1) a 0. Si E2=0 el dato se introduce por E1 y si E1=0 el dato se introduce por E2. En ambos casos el dato es activo a nivel bajo al igual que las salidas.

Para realizar la decodificación las variables de validación deben valer E1=0, E2=0 y E3=1.

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 11

CIRCUITOS DIGITALES I -

Al estar la salida seleccionada a nivel bajo (0V) para visualizar la demultiplexación o la decodificación colocamos el LED de tal manera que se encienda cuando hay 0V a la salida y se apague con 5V en la salida.

CIRCUITO INTEGRADO TTL 74154 DECODIFICADOR 4:16/DEMULTIPLEXOR DE 1:16.

Este circuito integrado contiene un demultiplexor 1:16, que también puede funcionar como decodificadores 4 a 16.

La relación de pines de este integrado es la siguiente:

A, B, C y D: entradas de selección activas a nivel alto (5V). G1 y G2: entradas de validación o datos activas a nivel bajo (0V). Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14, Y15:

salidas del demultiplexor activas a nivel bajo (0V).

La tabla de verdad y el montaje del demultiplexor es la siguiente:

Al estar la salida seleccionada a nivel bajo (0V) para visualizar la demultiplexación o la decodificación colocamos el LED de tal manera que se encienda cuando hay 0V a la salida y se apague con 5V en la salida.

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 12

CIRCUITOS DIGITALES I -

Podemos observar que cuando las entradas de validación G1 y G2 están a 0 (nivel bajo 0V), las entradas de selección marcan la salida activa a nivel bajo (0), funcionando como un decodificador 4 a 16.

Cuando G1=0, podemos introducir el dato por G2 (activo a nivel bajo 0V) y obtenerlo en la salida seleccionada por A, B, C y D también a nivel bajo (0V). Lo mismo ocurre si G2 = 0, ahora el dato podemos introducirlo por G1 (activo a nivel bajo 0V) y obtenerlo en la salida seleccionada por A, B, C y D también a nivel bajo (0V). Este funcionamiento sería como demultiplexor 1:16.

Cuando G1 = G2 = 1, todas las salidas están inactivas a nivel alto (5V), actuando G1 y G2 como entradas de inhibición del circuito integrado.

6. En la figura se muestra un circuito decodificador de 5 bits que utiliza el CI 74HC154. Explicar su funcionamiento. ¿Explique cómo funciona si el número binario es A4A3A2A1A0? ¿Qué resultado obtendremos en las salidas si la entrada binaria es 10110?

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 13

CIRCUITOS DIGITALES I -

El circuito tiene cortocircuitadas sus entradas de habilitación, pero al segundo decodificador la habilitación con respecto al primero es opuesto, es decir, solamente un decodificador está activo a la vez, por otro lado se tienen 4 bits de entrada y por consiguiente 16 combinaciones posibles, por lo tanto si aplicamos los datos 10110, primero notamos que el primer decodificador queda inhabilitado, mientras que el segundo queda habilitado, la combinación correspondiente a los bits A3A2A1A0 es 0110 que corresponde a la ubicación número 6, que para el segundo decodificador es la numero 22, entonces tendremos la activación(salida ‘0’) del puerto 22 del decodificador de 5 bits.

7. Un circuito combinacional tiene 3 entradas X, Y, Z y 3 salidas F1, F2, F3 donde: F1 = XZ +/X /Y /Z F2 = /X Y + X /Y /Z F3 = X Y + /X /Y ZNota : /X = X negado, etc, etc.Implementar con un CI decodificador 74LS155 y compuertas básicas.

A) F1 = XZ +/X /Y /Z

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 14

CIRCUITOS DIGITALES I -

F1 = XYZ+X/YZ+/X/Y/ZF1 = /((/X+/Y+/Z)(/X+Y+/Z)(X+Y+Z)

B) F2 = /X Y + X /Y /Z

F2 = /XYZ+/XY/Z+X/Y/ZF2 = /((X+/Y+/Z)(X+/Y+Z)(/X+Y+Z))

C) F3 = X Y + /X /Y Z

F3 = XYZ+XY/Z+/X/YZF3 = /((/X+/Y+/Z)( /X+/Y+Z)(X+Y+/Z))

El circuito deseado será:

8. Diseñar las siguientes funciones lógicas de una o más salidas, usando decodificadores 74LS138 ó 74LS139 binarios y compuertas NAND (74LS10, 74LS20, 74LS30, etc):

a) Fa = Σ x, y, z (2, 4, 7)

b) Fb = Σ a, b, c, d (2, 4, 6, 14)

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 15

CIRCUITOS DIGITALES I -

c) Fc = Σ w, x, y (1, 3, 5, 6) y Gc = Σ w, x, y (2, 3, 4, 7)

d) Fd = Σ w, x, y, z (0, 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13)

a) Fa = Σ x, y, z (2, 4, 7)Como queremos implementar con compuertas NAND tenemos que expresarlo como Maxterm: Fa = ∏x, y, z (0, 1, 3, 5, 6) pero esta función que unida mediante una puerta AND, para hacer que sea unida por una puerta NAND, tomamos la función negada Maxterm: /Fa = ∏x, y, z (2, 4, 7), como notamos los datos corresponden a los mismos como si estuviesen en minterm, entonces el circuito es la siguiente:

b) Fb = Σ a, b, c, d (2, 4, 6, 14)Entonces procediendo como en el ejercicio anterior, la función negada y expresada como maxterm es la siguiente: /Fb = ∏ a, b, c, d (2, 4, 6, 14), la que también quedara unida finalmente con compuerta NAND:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 16

CIRCUITOS DIGITALES I -

c) Fc = Σ w, x, y (1, 3, 5, 6) y Gc = Σ w, x, y (2, 3, 4, 7)Tomando nuevamente los maxterm de las funciones negadas se tiene: /Fc = ∏w, x, y (1, 3, 5, 6) y /Gc = ∏ w, x, y (2, 3, 4, 7), y el circuito seria:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 17

CIRCUITOS DIGITALES I -

d) Fd = Σ w, x, y, z (0, 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13)Tomando nuevamente el maxterm de la función negada se tiene: /Fd = ∏ w, x, y, z (0, 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13), el circuito seria:

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 18

CIRCUITOS DIGITALES I -

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 19

CIRCUITOS DIGITALES I -

BIBLIOGRAFÍA

http://html.rincondelvago.com/codificadores-y-decodificadores_multiplexores-y- demultiplexores.html

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4923/html/ 2_decodificadores.html

http://es.scribd.com/doc/43220345/Decodificador-7447 http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-7447-ttl/ https://www.google.com.pe/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0CDMQFjAC&url=http%3A%2F%2Fww2.educarchile.cl%2FUserFiles%2FP0029%2FFile%2FObjetos_Didacticos%2FELO_02_TEL%2FRecursos_Conceptuales%2FDecodificador_7447.doc&ei=A4uWU9TKBM_lsASp9YIQ&usg=AFQjCNF72zdiEc-sSFDNcf1D-misMU1wWw&sig2=OEIqFBpcaJ_1TOjDDB9uIw&bvm=bv.68445247,d.cWc

http://www.uco.es/organiza/departamentos/aceyte/electronica/rss01/OrCAD/teoria/ 14.pdf

http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_comb_demultiplexores.html https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/17421/

v2_generacion_funciones_con_decos_salida_bajo.pdf?sequence=1

Hubert Stalin Vásquez Cueva Página 20