ELECTRONICA DIGITAL

La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico hay (1- verdadero) tensión de voltaje o hay ausencia de tensión de voltaje ( 0 - falso).

  

Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 Volts dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en un radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 Volts al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora.

CODIFICADOR

Los codificadores nos permiten “compactar” la información, generando un código de salida a partir de la información de entrada.


Codificador Binario

El codificador binario tiene 2ⁿ entradas y n salidas. Sólo, una sola de las entradas puede estar activada. La salida suministra el valor binario correspondiente a la entrada activada. Este tipo de decodificador opera en forma contraria a los decodificadores de 2 a 4, 3 a 8, estudiados antes. 

Codificador sin prioridad

Los circuitos codificadores pueden ser diseñados con prioridad o sin ella. En los codificadores sin prioridad con entradas activas altas, la activación de más de una entrada simultáneamente con valor 1, genera un código erróneo en la salida, de acuerdo al número de entradas excitadas con el respectivo valor. La solución de este conveniente se logra empleando codificadores de prioridad.

Codificador de prioridad
Los codificadores de prioridad seleccionan la entrada de mayor prioridad cuando se presentan varias entradas activas simultáneamente.

Aplicaciones
Los codificadores encuentran mayor aplicación en los dispositivos de entrada y salida. La señal de entrada es introducida de una forma comprensible para el usuario y la "traducción" la realiza el codificador a un código comprensible para el equipo. 

 Y como siempre, lo mejor es verlo con un ejemplo.

Imaginemos que estamos diseñando un circuito digital que se encuentra en el interior de una cadena de música. Este circuito controlará la cadena, haciendo que funcione correctamente.
Una de las cosas que hará este circuito de control será activar la radio, el CD, la cinta o el Disco según el botón que haya pulsado el usuario. Imaginemos que tenemos 4 botones en la cadena, de manera que cuando no están pulsados, generan un ’0’ y cuando se pulsan un ’1’ (Botones digitales). Los podríamos conectar directamente a nuestro circuito de control la cadena de música, como se muestra en la figura 6.1.

Sin embargo, a la hora de diseñar el circuito de control, nos resultaría más sencillo que cada botón tuviese asociado un número. Como en total hay 4 botones, necesitaríamos 2 bits para identificarlos. Para conseguir esta asociación utilizamos un codificador, que a partir del botón que se haya pulsado nos devolverá su número asociado:

 

Figura 6.1: Circuito de control de una cadena de música, y 4 botones de selección de lo que se quiere escuchar .

 

Fijémonos en las entradas del codificador, que están conectadas a los botones. En cadamomento, sólo habrá un botón apretado, puesto que sólo podemos escuchar una delas cuatro cosas.

Bien estaremos escuchando el CD, bien la cinta, bien la radio o bien un disco, pero no puede haber más de un botón pulsado1. Tal y como hemos hecho las conexiones al codificador, el CD tiene asociado el número 0, la cinta el 1, la radio el 2 y el disco el 3 (Este número depende de la entrada del codificador a la que lo hayamos conectado).
A la salida del codificador obtendremos el número del botón apretado. La tabla de verdad será así:

El circuito de control de la cadena ahora sólo tendrá 2 bits de entrada para determinar el botón que se ha pulsado. Antes necesitábamos 4 entradas. El codificador que hemos usado tiene 4 entradas y 2 salidas, por lo que se llama codificador de 4 a 2.

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/030501.htm
www.edudevices.com.ar/download/articulos/digitales

DECODIFICADOR

Un decodificador es un circuito integrado por el que se introduce un número y se activa una y sólo una de las salidas, permaneciendo el resto desactivadas. Y como siempre, lo mejor es verlo con un ejemplo sencillo. Imaginemos que queremos realizar un circuito de control para un semáforo. El semáforo puede estar verde, amarillo, rojo o averiado.
En el caso de estar averiado, se activará una luz interna “azul”, para que el técnico sepa que lo tiene que reparar.
A cada una de estas luces les vamos a asociar un número. Así el rojo será el 0, el amarillo el 1, el verde el 2 y el azul (averiado) el 3 (Ver figura 6.2).

Para controlar este semáforo podemos hacer un circuito que tenga 4 salidas, una para una de las luces. Cuando una de estas salidas esté a ’1’, la luz correspondiente estará encendida. Sin embargo, ocurre que NO PUEDE HABER DOS O MAS LUCES ENCENDIDAS A LA VEZ.
Por ejemplo, no puede estar la luz roja y la verde encendidas a la vez!!!!.

 

Figura 6.2: El semáforo que se quiere controlar

Figura 6.3: Circuito de control del semáforo, usando un decodificador de 2 a 4

Si utilizamos un decodificador de 2 a 4, conseguiremos controlar el semáforo  asegurándonos que sólo estará activa una luz en cada momento. Además, el circuito de control que diseñemos sólo tienen que tener 2 salidas. El nuevo esquema se muestra en la figura 6.3.

El funcionamiento es muy sencillo. Si el circuito de control envía el número 2 (E1 = 1, E0 = 0), _se encenderá la luz verde (que tiene asociado el número 2) y sólo la luz verde!!!. Un decodificador activa sólo una de las salidas, la salida que tiene un número igual al que se ha introducido por la entrada. En el ejemplo del semáforo, si el circuito de control envía el número 3, se activa la salida O3 y se encenderá la luz azul (y sólo esa!!).

A la hora de diseñar el circuito de control, sólo hay que tener en cuenta que cada luz del semáforo está conectada a una salida del decodificador y que por tanto tiene asociado un número diferente.

MULTIPLEXOR

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una única salida de datos, están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada hacia dicha salida.

En el campo de la electrónica el multiplexor se utiliza como dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo.

Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo.

Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión, existen varias clases de multiplexación:

• Multiplexación por división de frecuencia

• Multiplexación por división de tiempo

• Multiplexación por división de código

• Multiplexación por división de longitud de onda

Diseño en Electrónica Digital

Esquema de un multiplexor 2 a 1. Puede ser comparado a un conmutador controlado.

Estos circuitos combinacionales poseen líneas de entrada de datos, una línea de salida y n entradas de selección. Las entradas de selección indican cuál de estas líneas de entrada de datos es la que proporciona el valor a la línea de salida. Cada combinación de las entradas de selección corresponde a una entrada de datos, y la salida final del multiplexor corresponderá al valor de dicha entrada seleccionada. Para identificar la entrada de selección más significativa, por convenio esta siempre es la que está más arriba (de mostrarse de forma vertical) o más a la izquierda (en horizontal), independientemente de su etiqueta identificatoria, a no ser que se especifique lo contrario.

También se pueden construir multiplexores con mayor número de entradas utilizando multiplexores de menos entradas, utilizando la composición de multiplexores.

En electrónica digital, es usado para el control de un flujo de información que equivale a un conmutador. En su forma más básica se compone de dos entradas de datos (A y B), una salida de datos y una entrada de control. Cuando la entrada de control se pone a 0 lógico, la señal de datos A es conectada a la salida; cuando la entrada de control se pone a 1 lógico, la señal de datos B es la que se conecta a la salida.

El multiplexor es una aplicación particular de los decodificadores, tal que existe una entrada de habilitación (EN) por cada puerta AND y al final se hace un OR entre todas las salidas de las puertas AND.

La función de un multiplexor da lugar a diversas aplicaciones:

1. Selector de entradas.
2. Serializador: Convierte datos desde el formato paralelo al formato serie.
3. Transmisión multiplexada: Utilizando las mismas líneas de conexión, se transmiten diferentes datos de distinta procedencia.
4. Realización de funciones lógicas: Utilizando inversores y conectando a 0 o 1 las entradas según interese, se consigue diseñar funciones complejas, de un modo más compacto que con las tradicionales puertas lógicas.

CONVERSOR DE CODIGO

Los conversores de códigos son una aplicación de las puertas lógicas en los sistemas digitales. Los códigos mas utilizados son el binario BCD 8421, octal, hexadecimal y el decimal. Los dispositivos digitales pueden procesar solamente los bits "1" y "0" . Estas largas cadenas de 1 y 0 son difíciles de comprender por las personas. Por esta razón se necesitan los conversores de códigos para traducir el lenguaje de la gente al lenguaje de la maquina. 

Un ejemplo de conversor de código es una sencilla calculadora manual, la cual esta constituida por un dispositivo de entrada llamado teclado. Entre el teclado y la unidad central de tratamiento "CPU" hay un codificador, que traduce el numero decimal pulsado en el teclado a código binario. La "CPU" realiza su operación en binario y produce un resultado en código binario. El decodificador traduce el código binario de la CPU a un código especial que hacen que luzcan los segmentos adecuados en el visualizador de siete segmentos.

conversor de código es un elemento lógico que traduce una palabra de "n" bits a otra de "m" bits las cuales se refieren al mismo valor decimal, pero en "distintos códigos". En el ejemplo anterior los códigos son el binario natural y el Gray.

http://www.monografias.com/trabajos17/microcontroladores/microcontroladores.shtml
http://enciclopedia_universal.esacademic.com/44234/Conversor_de_c%C3%B3digo

SUMADOR

Un sumador es un circuito que realiza la suma de dos palabras binarias. Es distinta de la operación OR, con la que no nos debemos confundir. La operación suma de números binarios tiene la misma mecánica que la de números decimales.

Por lo que en la suma de números binarios con dos o más bits, puede ocurrir el mismo caso que podemos encontrar en la suma de números decimales con varias cifras: cuando al sumar los dos primeros dígitos se obtiene una cantidad mayor de 9, se da como resultado el dígito de menor peso y “me llevo" el anterior a la siguiente columna, para sumarlo allí.

En la suma binaria de los dígitos 1 + 1, el resultado es 0 y me llevo 1, que debo sumar en la columna siguiente y pudiéndose escribir 10, solamente cuando sea la última columna a sumar. A este bit más significativo de la operación de sumar, se le conoce en inglés como carry (acarreo), equivalente al “me llevo una” de la suma decimal.

Semisumador. Es un dispositivo capaz de sumar dos bits y dar como resultado la suma de ambos y el acarreo. La tabla de verdad correspondiente a esta operación sería:

Entradas		Salidas
A	B	C	S
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	0

Con lo que sus funciones canónicas serán:

Que una vez implementado con puertas lógicas, un semisumador tendría el circuito:

Imagen 20. Elaboración propia

Sumador completo. Presenta tres entradas, dos correspondientes a los dos bits que se van a sumar y una tercera con el acarreo de la suma anterior. Y tiene dos salidas, el resultado de la suma y el acarreo producido. Su tabla de verdad será:
 

Entradas			Salidas
A	B	C-1	C	S
0	0	0	0	0
0	0	1	0	1
0	1	0	0	1
0	1	1	1	0
1	0	0	0	1
1	0	1	1	0
1	1	0	1	0
1	1	1	1	0

Sus funciones canónicas serán:

Que una vez simplificadas quedarían:

O bien:

Una vez implementado con puertas lógicas el sumador presentaría cualquiera de los siguientes circuitos:

Imagen 21. Elaboración propia	Imagen 22. Elaboración propia

 

 

 

Aunque, como ya hemos dicho en otros casos, en realidad estos circuitos no se cablean con puertas lógicas, si no que forman parte de circuitos integrados como el CI 7483, que es un sumador de cuatro bits.

Imagen 23. Elaboración propia

El esquema

Imagen 24. Elaboración propia

 

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4923/html/7_sumadores.html

RESTADOR

De modo similar a lo comentado con el sumador, podríamos construir un semi-restador en el que las entradas serán M = minuendo, S = sustraendo, y las salidas D = diferencia, P = cifra prestada. Debe cumplir la siguiente tabla de verdad:

Entradas		Salidas
M	S	D	P
0	0	0	0
0	1	1	1
1	0	1	0
1	1	0	0

Con lo que sus funciones canónicas serán:

Cuya posible implementación se muestra en la figura:

Imagen 27. Elaboración propia

En realidad este circuito no existe ya que para realizar restas se emplean sumadores, puesto que una resta de dos números es igual a la suma de uno con el negativo del otro. Para lo que se utiliza el método de complemento a uno  todos los bits uno a uno, es decir cambiando 1 por 0 y 0 por 1), o bien el método de complemento a dos, añadiéndole un bit de signo. Pero no vamos a explicar este método de operar