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Circuitos lógicos combinacionales (página 2)




Partes: 1, 2

1.1.7 COMPUERTA XOR:

La compuerta XOR (or exclusivo) es un dispositivo de dos  entradas y una salida que cumple con la condición que la salida toma el valor lógico 1 si, y solo si las  entradas son diferentes.

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TABLA DE VERDAD:

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Universalidad de las compuertas NAND Y NOR

Estas compuertas se dicen que son "universales" puesto que con cada una de las dos familias podemos realizar todas las funciones lógicas.

En la tabla a continuación se muestran los operadores lógicos en función de solo compuertas NOR y solo compuertas NAND.

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Circuitos lógicos secuenciales (FLIP FLOP)

A diferencia de los circuitos lógicos combinacionales, los circuitos secuenciales tiene memoria; pueden reflejar en su salida el efecto de una señal de entrada que hubo segundos o días antes.

Los circuitos AND, OR y NOT funcionan sin memoria. Por ejemplo, en el caso del circuito AND, una salida lógica 1 es obtenida únicamente durante el tiempo que todas las entradas estén simultáneamente en lógica 1. Si cada entrada pasa por lógica 1 de una manera secuencial, no-simultánea, la salida permanecerá aquí la necesidad en lógica 0. De de un circuito electrónico que se pueda colocar en uno cualquiera de los dos estados lógicos indefinidamente, hasta que sea intencionalmente pasado al estado contrario. Tal circuito es conocido como BIESTABLE, o simplemente FLIP-FLOP. El biestable, en efecto, provee una memoria, ya que puede "recordar" el último estado en el que había sido colocado.

Los circuitos flip-flops desempeñan un papel muy importante en la electrónica digital. Ellos son usados para medir frecuencia, computar el tiempo, dividir trenes de pulsos por una constante fija, generar señales en secuencia, memorización de registros (words), etc. Aunque hay muchas clases de flip-flop, todos ellos tienen por fin primordial almacenar un bit binario, representado por un estado eléctrico alto o bajo. El circuito secuencial más simple es un Flip-Flop tipo RS.

3.1.- RS FLIP - FLOP

Un RS flip-flop llamado algunas veces un "set-reset" flip-flop, es un circuito con dos entradas y dos salidas. Las salidas son complementos entre sí, o sea que, cuando la una esté en alto, la otra estará en bajo. Deriva su nombre del hecho de poder quitar (reset) y poner (set) el estado alto en la salida Q.

Cuando se aplique un pulso en cada una de las dos entradas: un pulso alto en la entrada S (set) quita, "borra", el pulso alto puesto en anterioridad en Q. En la práctica la polaridad del pulso de manejo dependerá del tipo de compuertas con las cuales se haya implementado el RS flip-flop, tal como se puede observar en la figura:

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De las tablas de verdad podemos deducir su funcionamiento teniendo en cuenta que, cuando Q tiene lógica 1, el flip-flop se considera "set" (puesto), y cuando Q tiene lógica 0 es porque el flop-flop está "reset" (cleared, borrado). Las dos salidas Q y no-Q son simétricas (iguales) en lo que a características eléctricas se refiere, por lo que, de acuerdo con las circunstancias, se podrá tomar una u otra como tal.

3.2.- CLOCKED RS FLIP-FLOPEl flip-flop RS básico es "asynchronous" (no-sincronizado), responde a las entradas tan pronto como ellas ocurren; muestra cambios en la salida cada que se presentan cambios en Set y Reset. En ciertos procesos se requiere "to-synchronize" (sincronizar) la operación del RS flip-flop, de tal manera que sólo se produzcan cambios en la salida cuando se cumpla cierto requisito anterior. En caso contrario, las acciones se SET y RESET no deben alterar la salida Q. Una manera de sincronizar la operación de un RS Flip-Flop con otros circuitos lógicos, es colocar una compuerta a cada entrada, de tal forma que ellas respondan a S y R solamente cuando sean "habilitadas" (capacitadas) por un lógico 1 (nivel alto) procedente de un CLOCK. (Un clock es un circuito secuencial generador de un tren de pulsos, "ceros" y "unos" de manera alternada). La figura 14 muestra un clocked Rs flip-flop(controlado, no sincronizado).3.3.- EL DATA o D FLIP - FLOPEl flip - flop tipo D es una cierta modificación introducida al flip-flop clocked Rs(controlado en su funcionamiento por los pulsos Clock en una sola línea común de entrada). El principio básico se muestra en la figura:

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Podemos apreciar que, es agregado un inversor a una de las dos entradas del flip-flop, de tal forma que la entrada restante y la entrada del inversor queden unidas. Lo anterior garantiza que las entradas a la sección RS sean siempre complementarias una de otra, y asegura que el estado lógico en la salida Q será siempre el mismo estado lógico, alto o bajo, del último pulso que llegó a la entrada D.La información dada tiene un carácter general, ya que no se pueden dar conceptos concretos por razón de la amplia variedad de flip-flop que se fabrican en circuito integrado, aún dentro de un mismo tipo. Nos servirá para dejar cimentados ciertos principios, los cuales nos ayudarán a interpretar luego las diferentes tablas de verdad, dadas por el fabricante para facilitar al experimentador la comprensión del funcionamiento de una u otra referencia.

3.4.- EL JK FLIP - FLOPProbablemente es el flip-flop más usado en los circuitos secuenciales lógicos, por su capacidad para CONTAR y DIVIDIR. Entrega un pulso completo de salida por cada dos pulsos de entrada, característica tenida en cuenta por muchos para denominarlo, también, "toggle"(basculante, ondulante, Si - No - Si - No, etc.) flip-flop, o sencillamente un T flip-flop.Básicamente, el JK flip-flop es un biestable RS flip-flop con compuertas (clocked) dispuestas de tal forma que la acción PONER - QUITAR (set - reset) sea llevada a cabo por una sola línea de entrada.Básicamente, se puede considerar el JK flip-flop como un circuito biestable con una sola entrada y dos salidas, completamente entre sí. En la práctica, el circuito integrado dispone de dos entradas auxiliares, marcadas J y K, dispuestas para "condicionar}" el estado que debe tomar la salida a partir del momento que llegue la próxima transición activa del pulso clock.

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Observar que, de acuerdo a como se encuentren las entradas J y K, la salida Q puede operar como toggle o quedarse indefinidamente en un determinado estado, sin importar los pulsos en la entrada clock.

Cuando se utiliza al flip-flop como contador o divisor, se pueden dejar libres las entradas J y K; en este caso, los pulsos cuya frecuencia se desea modificar, se deben poner en la entrada correspondiente al clock.

Contador de 0 a 9 en la Protoboard

Para la construcción de este circuito se necesita crear un temporizador o reloj con un IC 555

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Y realizar las conexiones correspondientes para el display de 7 segmentos, tomando en cuenta si es ánodo común o cátodo común. Sin embargo, aunque en el laboratorio práctico puede trabajarse con una breadboard simple, se muestra a continuación el desarrollo de el Contador Binario y Decimal de 0 a 9 haciendo uso de una breadboard con pulsos de reloj, LEDs para pruebas y displays de 7 segmentos de ánodo común, todo incorporado en la protoboard o breadboard.

Nótese que debido a que los display son ánodo común, se deben mandar ceros o tierra a los segmentos para que enciendan, por lo cual se usa el IC 7447. Si los display fueran cátodo común, se deberían mandar unos a los segmentos para encenderlos, y entonces habría que usar el IC 7448.

Los pulsos de reloj van dirigidos al pin 10 del IC 74LS293. La Figura 16 muestra el diagrama de bloques (a la derecha) y los respectivos pines (a la izquierda) del circuito integrado 74LS293:

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4.1.-EL DECODIFICADOR 7447 Es un circuito lógico que acepta un conjunto de entradas que representan números binarios y que activa solamente la salida que corresponde a dicho dato de entrada. En un decodificador, dependiendo de la combinación en sus entradas se determina qué número binario (combinación) se presenta a la salida correspondiente a dicho número, mientras tanto todas las otras salidas permanecerán inactivas. Este decodificador sirve para mostrar salidas decimales a entradas binarias. El esquema del decodificador 7447 se muestra a continuación:

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La asignación de los pines del decodificador 7447 (Pin-out)

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4.2.- EL CONTADOR (GENERADO CON EL IC 74293) Devuelve salidas binarias, las cuales son recibidas por el decodificador 7447 y luego las salidas del decodificador 7447 se entregan al display de 7 segmentos, el cual muestra el conteo en decimal. El esquema de este proceso es así:

DISEÑOS:

EL DECODIFICADOR 7447 (ESQUEMATICO)

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EL DECODIFICADOR 7447 (REAL)

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EL DECODIFICADOR 7447 (MULTISYM 10)

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La tabla de verdad para el conteo de 0 a 9 es la siguiente:

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Las entradas son valores binarios provenientes del contador hecho con el IC74293, y los segmentos son precisamente los 7 segmentos del display ánodo común. La asignación de los segmentos del display es esta:

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El desarrollo del Contador Binario y Decimal de 0 a 9 se presenta a continuación hecho en el Simulador de Construcción de Circuitos Digitales Versión. (Protoboard).

Nº0

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Nº1

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Nº2

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Nº3

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Nº4

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Nº5

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Nº6

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Nº7

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Nº8

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Nº9

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Autor:

Jonathan Polo Caballero

Partes: 1, 2


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