CONVERSION DE CODIGOS

CONVERSION DE CODIGOS

CONVERSIÓN DE CÓDIGOS

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.

Los conversores de códigos se dividen en dos tipos:

• Codificador
• Decodificador

CODIFICADORES

Un codificador es considerado como un traductor del lenguaje de la gente al lenguaje de la maquina, es decir, traduce una entrada decimal a un numero BCD 8421.

El diagrama lógico, en forma simplificada, de un codificador decimal a BCD se muestra en la figura 1

Figura 1: Codificador BCD

El codificador tiene diez entradas a la izquierda y cuatro salidas a la derecha, además puede tener una entrada activa, que produce una única salida.

Una característica poco habitual del codificador es que no hay entrada 0. Una entrada cero significa una salida 1111 (en D, C, B y A) que es verdadera cuando todas las entradas del 1-9 están desconectadas. Cuando las entradas no están conectadas, se dice que están flotando.

En la figura se presenta el diagrama de bloques y la tabla de verdad de un codificador comercial denominado de prioridad de 10-4 líneas.

Figura 2: Símbolo lógico del codificador 74147

Tabla 1: Tabla de verdad del codificador 74147

La primera línea de la tabla de verdad indica que no hay entrada. Cuando todas las entradas flotan el alto, las salidas flotan en alto, lo cual es interpretado como 0000 por los indicadores de salidas. La segunda línea de la tabla muestra la entrada decimal 9 activada por un nivel bajo, lo que produce LHHL en la salida. Esta salida la invierten los cuatro inversores y en los indicadores BCD se lee 1001. En la misma línea se muestra las entradas del 1 al 8 marcadas con X (irrelevante). Una entrada irrelevante puede estar alta o baja. Este codificador tiene una característica de prioridad, que activa él número mayor que tenga una entrada en baja. Si por ejemplo tenemos un nivel bajo en el 3 y en 8, el codificador dará una salida en binario correspondiente al numero mayor, en este caso el 8.

En la figura se presenta el diagrama lógico del codificador , donde se presentan las 30 puertas lógicas que lo conforman.

Figura 3: Diagrama lógico del codificoador 74147

Si queremos activar el 9 decimal le colocamos un nivel bajo. Esta entrada a 0 la invierte el inversor 1, y se aplica a las puertas NOR 2 y 3, que se activan entonces, dando una salida en baja. Las puertas NOR 4 y 5 se desactivan por la presencia de 0 en las entradas de las puertas AND (de la 7-18) desactivadas. Estas puertas AND están desactivadas por los 0 de sus entradas inferiores, producidos por la puerta NOR 6. Las puertas AND de la (7-18) aseguran que tenga prioridad sobre las demás, la entrada decimal correspondiente al numero mayor.

También se dispone de codificadores con tecnología CMOS, de donde se destaca el codificador de prioridad de 10-4 líneas 74HC147

DECODIFICADOR BCD A DECIMAL

Un decodificador es considerado como el proceso inverso de un codificador, es decir, un traductor de lenguaje de las maquina al lenguaje de la gente.

El diagrama de bloque del decodificador se muestra en la figura 4.

Figura 4: Símbolo lógico de un decodificador BCD a decimal

El decodificador tiene 4 entradas a la izquierda que están conformadas por el código BCD 8421, y tiene a la derecha diez líneas de salidas. En la figura se muestra el decodificador comercial BCD a decimal, TTL y su correspondiente tabla de verdad.

Figura 5: Símbolo lógico del decodificador/excitador BCD a decimal 7442

Tabla 2: Tabla de verdad del decodificador 7442

A la izquierda se encuentran las 4 entradas BCD etiquetadas con D, C, B y A. Estas entradas se activan con el uno lógico, o nivel alto. A la derecha se encuentran las 10 salidas del decodificador, cada una con un circulito que indican que las salidas son activas en baja, es decir, que normalmente están en alta. Los inversores que se encuentran a la salida se aÑaden por conveniencia para controlar las luces de los indicadores decimales, es decir, que una salida activa se invierte a uno lógico en los indicadores de salidas.

En la primera línea de la tabla de verdad se muestran todas las entrada en el nivel bajo (L). Con una entrada LLLL se activa la salida del cero decimal al estado bajo. El inversor inferior complementa esta salida al nivel alto, lo que hace que luzca el indicador de la salida decimal cero, no permitiendo que ninguno de los demás luzcan. De igual forma, la quinta línea muestra la entrada BCD LHLL, lo que hace que se active la salida cuatro en el nivel bajo. Esta salida es invertida haciendo que luzca el indicador de la salida decimal 4.

La línea 11 muestra la entrada HLHL, que normalmente representa el decimal 10. Como el código BCD no contiene este número, esta entrada es invalida y no lucirá ninguna lampara de salida. Igualmente para las 5 últimas líneas de la tabla del diagrama lógico del decodificador 7442, BCD a decimal, se muestran las figuras.

Figura 6: Diagrama lógico del decodificador BCD a decimal 7442

La entrada A3 es el BIT más significativo (MSB), o la entrada del 8 y la entrada A0 es el BIT menos significativo (LSB), o la entrada del 1. La salidas están etiquetadas con números decimales. La salidas que se encuentran activas en baja aparecen con barras sobres las salidas decimales (9, 8 etc)

Supongamos que la entrada BCD es LLLL (0000). Si seguimos cuidadosamente el camino de las cuatro entradas a través de los inversores 12,14,16 y 18, se observa que a la puerta NAND 1 se aplican cuatro 1 lógicos, que la activan produciendo entonces un cero lógico. Todas las demás puertas NAND quedan inhabilitadas por la presencia de un cero en algunas de sus entradas.

En la tecnología CMOS también encontramos diversos tipos de decodificadores BCD a decimal, dentro de los cales los más representativos son el 74C42 y 74HC42

DECODIFICACION BCD A CÓDIGO DE 7 SEGMENTOS

Un dispositivo de salida muy utilizado para visualizar números decimales es el visualizado de 7 segmentos.

Los 7 segmentos se marcan con las letras de la a a la g.

Existes varios tipos de visualizadores dentro de los cuales encontramos, el denominado incandescente, que es similar a una lampara común, el de tubo de descarga de gas, que opera a tensiones altas y produce una iluminación anaranjada, el de tubo fluorescente, que da una iluminación verdosa cuando luce y opera con tensiones bajas, el mas moderno que es el de cristal liquido (LCD), este crea números negros sobre fondos plateados, y por último el visualizador común de diodos emisores de luz (LED) que produce un brillo rojo cuando luce. Existen visualizadores LED que cuando lucen emiten colores distintos del rojo.

Como el visualizador LED es el mas fácil de utilizar y el mas común por eso se tratará con mas detalles.

En la figura se muestra la forma de operación de un visualizador de 7 segmentos.

Figura 7: Operación de un visualizador de 7 segmentos

Cada segmento (de a a g ) contiene un LED. Como la corriente típica de un LED es de 20 mA, se colocan resistores de 150 (ohmios) con el fin de limitar dicha corriente. Sin este resistor, el LED podría quemarse debido a que un LED puede soportar solo 1.7V a través de sus terminales.

Existen dos tipos de visualizadores LED, el de ánodo común y el de cátodo común.

Cátodo común: cuando todos los cátodos están unidos entre sí y van directo a tierra.

Anodo común: cuando todos los ánodos están conectados entre sí y van a la fuente de alimentación como el caso del ejemplo del cual estamos hablando.

Si, por ejemplo, se desea que aparezca el número decimal 7 en el visualizador de la figura deben cerrarse los conmutadores a, b y c para que luzcan los segmentos a, b y c del LED. Observar que una tensión de tierra (baja ) activa a los segmentos de este visualizador LED.

En la figura se muestra el dispositivo TTL denominado decodificador excitador 7447A BCD a 7 segmentos, con su respectiva tabla de verdad.

Figura 8: Símbolo lógico del decodificador 7447

Tabla 3: Tabla de verdad del decodificador 7447

La entrada es un número BCD de 4 BITS, el número BCD se transforma en un código de 7 segmentos que ilumina los segmentos del visualizador LED. También se muestran 3 entradas extras en el símbolo lógico. La entrada de test de lamparas hará lucir todos los segmentos adecuados para ver si son operativos. Las estradas de borrado que son las que desconectan todos los elementos activados. Las entradas de borrado y test de lamparas son activadas por niveles de tensión bajo y las entradas BCD son activadas por 1 lógicos.

Observar la línea 1 de la tabla de verdad. Para que aparezca el 0 decimal en el visualizador, las entradas BCD deben ser LLLL. Esto activará los segmentos a, b, c, d, e y f para formar el cero decimal.

Las entradas BCD inválidas (decimal 10, 11, 12, 13, 14 y 15) no son números BCD; sin embargo, generan una única salida. Para la línea decimal 10, entradas HLHL, la columna de salida indica que se activan la salida d, e, y g. Formando una pequeÑa c.

En la familia CMOS existen muchos decodificadores para visualizadores dentro de los cuales se destacan el 74C48 que no necesita circuitería extra para la mayoría de los visualizadores LED, el y el 74HC4511

VISUALIZADOR DE CRISTAL LIQUIDO

Están hechos de vidrio y son muy frágiles. Las principales ventajas de los LCD son su extremadamente bajo consumo de energía y su larga vida. La principal desventaja de los LCD es su lento tiempo de conmutación, que pude ser desde 40 hasta 100 ms. Una segunda desventaja es la necesidad de luz ambiental debido a que el LCD refleja luz pero no emite como los LED.

En la figura se muestra una sección de un LCD de efecto de campo típico

Figura 9: LCD de efecto de campo

Cuando se aplica una tensión entre los segmentos metalizados del vidrio superior y del plano posterior, el segmento cambia a negro sobre un fondo plateado. Esto se debe a que el cristal liquido o fluido 'nemático' emparedado entre las partes frontal y posterior del vidrio transmite luz de forma diferente cuando esta activado. Este LCD efecto de campo usa filtro polarizado en las parte superior e inferior de la pantalla. Cada segmento y el plano posterior están conectados internamente a contactos en el flanco del empaquetamiento del LCD .

Los LCD están controlados por seÑales en forma de onda cuadrada (30 a 200 Hz) de baja frecuencia con un ciclo de trabajo del 50% (50% de tiempo esta en alta). En resumen, las seÑales en fase no activan el visualizador, mientras que las seÑales desfasadas 180 grados activan un segmento del LCD.

En la figura se muestra un LCD típico que se encuentra en un encapsulamiento de 40 patillas.

Este LCD esta construido con fluido nemático emparedado entre placas de cristal y polarizadores en los extremos superior e inferior. Cabeceras de plástico que aseguran las placas de vidrio del LCD en las patillas

Figura 10: LCD comercial de 3 1/2 dígitos

Las seÑales de control de los LCD deben ser generadas por CI CMOS, ya que estos consumen muy poca energía y sus seÑales no tiene un desplazamiento de tensión DC como el que se presenta cuando se utilizan CI TTL. Un desplazamiento de tensión DC aplicando a través del fluido nemático destruirá el LCD después de cierto tiempo.

CONTROLADORES DE LCD

En la figura se muestra un diagrama de bloques de un sencillo circuito de codificador / controlador LCD.

Figura 11: Diagrama de bloques de un decodificador/controlador LCD de 7 segmentos

Este decodificador convierte el código BCD de entrada a código de siete segmento. A continuación, la unidad controladora LCD tomaría la seÑal de onda cuadrada de 100 Hz del reloj autónomo y envía seÑales invertidas (desfasadas 180º ) solamente a los segmentos LCD que se van a activar. El reloj autónomo es un multivibrador estable que continuamente genera una cadena de pulsos de onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50%.

En la figura se muestra un diagrama más detallado del controlador/ decodificador LCD.

Figura 12: Diagrama de conexiones de un decodificador/controlador LCD

Observe que la entrada BCD al decodificador es 0111. El decodificador traduce la entrada y activa las salidas a, b y c al nivel ALTO, que es el código de siete segmentos adecuado para visualizar el decimal 7. Las demás salidas (d, e, f, y g) permanecen en el nivel bajo.

La sección controladora del LCD contiene siete puertas XOR CMOS de dos entradas. La seÑal de 100 Hz controla la entrada superior de cada puerta XOR y la entrada inferior esta conectada directamente al decodificador. Si la entrada inferior esta en nivel BAJO, la seÑal pasa a través de la puerta sin cambiar (en fase con la seÑal del reloj). Pero si por el contrario la entrada esta al nivel ALTO, la seÑal se invierte y pasa a través de la puerta (se desfasa 180º con respecto a la seÑal del reloj).

Existen dos CI CMOS comerciales, que realizan la tarea del decodificador / controlador LCD. Estos son los CI y 74HC4543, descritos por el fabricante como un cerrojo / decodificador/ controlador BCD a siete segmentos para LCD. En la figura se presenta un diagrama de bloques del decodificador / controlador que utiliza el CI 74HC4543

Figura 13: Diagrama de bloques del controlador LCD 74HC4543

Este chip contiene una sección decodificadora BCD a siete segmentos, una sección controladora del LCD y una sección de cerrojos de 4 bits para bloquear la entrada BCD en un instante dado. Se considera el cerrojo como una unidad de memoria que almacena los 4 bits de entrada en la entrada de la sección decodificadora durante un cierto tiempo.

Para un mejor entendimiento en la figura se presenta un diagrama de conexiones del circuito decodificador / controlador que utiliza el CI 74HC4543

Figura 14: Diagrama de conexiones del contador 74HC4543.

Observar que toman como ejemplo el 9 decimal, es decir, que la entrada BCD es 1001. Esta entrada es decodificada en el código de siete segmentos. La seÑal de reloj de 100 Hz se conecta tanto a la parte común (plano posterior) del LCD como la entrada ph (fase) del CI 74HC4543. Observa que la sección controladora invierte la seÑal a los segmentos que se van activar. Este ejemplo se activan los segmentos a, b, c, d, f y g, visualizando el decimal que en el LCD. La únicas seÑales que pasan al LCD son las de segmentos inactivos. En el ejemplo del segmento e.

VISUALIZADORES FLUORESCENTES DE VACÍO

Este tipo de visualizador es un pariente del antiguo tubo triodo de vacío. Por esta razón se hace necesario un pequeÑo recuento del tubo triado de vacío. Se divide en tres partes, la placa (p), rejilla de control (g) y el cátodo (k). La placa a veces se denomina ánodo, mientras que el cátodo puede denominarse filamento o calentador. El cátodo es un hilo fino que cuando se reviste con un material tal como óxido de bario emite electrones cuando se calienta. La rejilla de control es una pantalla colocada entre cátodo y placa.

El fenómeno de emisión de electrones al vacío por parte del cátodo cuando se calienta, a veces se denomina emisión termoiónica. Si la rejilla y placas son positivas los electrones cargados negativamente serán atraídos y fluirán a través de la rejilla hacia la placa. El triodo esta conduciendo corriente del cátodo al ánodo.

Para que el diodo deje de conducir se pueden emplear dos métodos. Primero se pude colocar una carga negativa en la rejilla de control. Esto repelaran los electrones y dejaran de pasar a través la rejilla hacia la placa. Segundo, llevar la tensión la rejilla a 0 voltios. Sin tensión en la placa, esta no emitirá electrones y el tubo triodo no conducirá.

En la figura se muestra el diagrama esquemático del visualizador fluorescente de vacío.

Figura 15: Diagrama esquemático de un visualizador fluorescente VF

Este esquema representa un único dígito de siete segmentos que tiene siete placas cada una revestida como un material fluorescente de oxido de cinc. Este visualizador tiene una rejilla que controla el visualizador completo, un único cátodo / filamento (k) y la unidad entera que esta encerrada en vidrio en el que se ha hecho el vacío.

La operación de un solo dígito de un visualizador VF se ilustra en la figura.

Figura 16: Operación de un sólo dígito de un visualizador VF

El filamento se calienta usando una tensión dc. La rejilla de control tiene aplicados + 12 voltios, que activan el visualizador completo. En este ejemplo solo los segmentos b y c son los que se activan, por esta razón solo las placas pb y pc están activadas con + 12 voltios. Los electrones fluyen solamente desde el cátodo hasta las placas pb y pc del visualizador vf. En conclusión una tensión de placas de 12 v ilumina un segmento, mientras que 0 v en una placa significa que el segmento no lucirá.

Los visualizadores fluorescentes de vacío se utilizan especialmente en los equipos electrónicos de los automóviles. Estos visualizadores tienen una vida extremadamente larga, respuesta rápida, opera a bajas tensiones (12 v), consume poca potencia, tiene buena fiabilidad y es barato. Los visualizadores de vf son compatibles con la familia CMOS de CI.

CONTROL DE VISUALIZADORES VF CON CMOS

La figura muestra el decodificador / controlador y el circuito visualizador VF utilizanod un CI

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Figura 17: Cerrojo/decodificador/controlador BCD a 7 segmentos 4511

En este ejemplo, la entrada BCD es 0111. Esta entrada es decodificada por el CI cerrojo / decodificador / controlador 4511, y el visualizador VF hace visible el decimal 7.

Solo las salidas a, b, y c se activan (nivel ALTO) en el . Estos tres niveles ALTOS controlan las placas de los segmentos a, b y c del visualizador VF a +12 V. La rejilla se conecta directamente al terminal positivo de la fuente de alimentación de +12 V y el cátodo (k) se conecta en serie con un resistor limitador (R₁) para calentar el filamento. El resistor limita la corriente a través del filamento a un nivel seguro.

La sección de cerrojos (entrada LE) del CI se inhabilita, manteniéndolo en el nivel BAJO. Con el cerrojo inhabilitado, los datos de la entrada BCD pasan a través de la sección decodificadora del CI

Se usa una fuente de alimentación de +12 V tanto para el visualizador fluorescente de vacío, como para el chip CMOS 4511.

La sección controladora del CI tiene conectadas sus salidas directamente a las placas (ánodos) de visualizador VF. Un nivel ALTO en la salida del controlador activa el segmento en el visualizador de siete segmentos VF, siempre y cuando esté activada la rejilla de control del visualizador. Un nivel BAJO en la salida del controlador desactiva el segmento del visualizador VF, y no luce. Cuando la entrada LT (test de luz) se activa con un nivel BAJO todas las salidas de CI alcanzan el nivel ALTO y cuando BI (entrada de bloqueo) se activa con un nivel BAJO, todas las salidas alcanzan el nivel BAJO y todos los segmentos del visualizador conectados se ponen en blanco.