Circuitos lógicos combinacionales (página 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.

TABLA DE VERDAD:

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.

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:

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:

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.

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

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:

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:

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

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)

EL DECODIFICADOR 7447 (REAL)

EL DECODIFICADOR 7447 (MULTISYM 10)

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

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:

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

Nº1

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Nº3

Nº4

Nº5

Nº6

Nº7

Nº8

Nº9

Autor:

Jonathan Polo Caballero