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CIRCUITOS ELECTROTÉCNICOS BÁSICOS

MANUAL DE ELECTRÓNICA PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL Se denomina electrónica digital a la parte de la electrónica que opera sobre valores de tensión discretos (cero o cinco voltios) y que toma como elemento básico el bit. La diferencia entre analógica y digital es que en una señal analógica que tiene como valor mínimo cero voltios y máximo cinco voltios, para pasar de cero a cinco voltios hay que pasar por valores intermedios de tensión, ya que la señal toma todos los valores comprendidos entre cero y cinco (1, 2, 3, etc.); mientras que en una señal digital sólo existen los valores de cero y cinco voltios, para pasar de cero a cinco voltios se hace directamente sin pasar por valores intermedios de tensión, ya que no existen en esta señal. Por lo tanto, existen únicamente dos posibles valores de tensión que se denominan valores discretos de tensión. Hace aproximadamente cincuenta años las primeras “máquinas” digitales tomaban como elemento fundamental el relé, este podía estar en dos estados, abierto o cerrado. Un bit es la representación de los dos posibles estados en que podía estar un relé. Un bit por sí solo define los dos estados de tensión que se pueden encontrar tratando información de tipo digital, puede valer un ‘1’ lógico, que equivale a un valor de tensión de cinco voltios, o puede valer ‘0’ lógico, que equivale a un valor de tensión de cero voltios. La electrónica analógica, a diferencia de la electrónica digital, puede tener multiples valores de tensión, que varían de manera continua.

Comparación gráfica entre una señal analógica y otra digital

Se crean formas de codificar la información mediante la agrupación de bits que van a generar un sistema de codificación de la información denominado binario. Tomando como elemento de codificación esencial el bit, haciendo grupos de bits, vamos aumentando la complejidad del código. La agrupación de ocho bits se le denomina Byte, y a la agrupación de 1024 Bytes se le denomina Kilobyte o, coloquialmente hablando, “Kas”. Una agrupación de 1024 Kilobytes es denominada Megabyte o, coloquialmente hablando, “Megas”.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMAS DE NUMERACIÓN Un Sistema de Numeración es una forma de representar cualquier cantidad numérica, de manera que una misma cantidad se puede escribir de muchas formas distintas, según sea el sistema de numeración utilizado. Así, el sistema utilizado normalmente por el hombre es el sistema Decimal o de “base 10”, mientras que el sistema usado internamente por las máquinas electrónicas actuales es el Binario o de “base 2”.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMA BINARIO Es el sistema de base dos, y utiliza dos dígitos distintos, el ‘0’ y el ‘1’, denominados normalmente con el nombre de “bit”. Es el sistema utilizado normalmente en las actuales máquinas electrónicas digitales. La razón de ello es que es muy fácil diseñar sistemas físicos o electrónicos capaces de adoptar dos valores o posiciones distintas (‘0’ y ‘1’). Un número binario está formado por un conjunto de bits. El valor de cada posición del número aumenta de derecha a izquierda según potencias de 2. Las primeras potencias de 2 son las siguientes: POSICION VALOR POSICIONAL POTENCIA

8 7 6 256 128 64 28 27 26

5 32 25

4 16 24

3 8 23

2 4 22

1 2 21

0 1 20

Con un número binario de “n” bits se pueden representar 2n números distintos, desde el 0 hasta el 2n-1. Por ejemplo, el número decimal 13 codificado en binario se consigue mediante sucesivas sumas de potencias de base 2, desde el exponente 0 hasta llegar al exponente más alto necesario, y estas potencias están multiplicadas por el respectivo dígito binario fundamental, el ‘1’ o el ‘0’ (dependiendo de si se necesita que la potencia sea sumada o no para formar el valor del número decimal):

Las cifras en negrita son las que forman el código binario. Número en binario => 1 1 0 1 Por lo tanto, en binario se colocan los dígitos fundamentales (‘0’ y ‘1’) de forma ordenada, siendo el dígito más a la derecha el correspondiente al que multiplica a la potencia de exponente 0, y a este bit se le llama de menor peso. El dígito más a la izquierda es el que multiplica a la potencia de mayor exponente, a este último bit se le llama de mayor peso. En este ejemplo, el bit de menor peso es el ‘1’ de la derecha (1 1 0 1) y el de mayor peso es el ‘1’ de la izquierda (1 1 0 1). Este proceso, se realiza para codificar en binario todos los valores decimales. Cuanto más grande sea el valor decimal, se necesitan potencias más elevadas de base 2 para codificarlo, por lo que el número de bits se incrementa. Por ejemplo, el número decimal 23 se codifica de la siguiente forma:

Número codificado en binario => 1 1 0 1 0 0

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de los dieciseis primeros números binarios es la siguiente: DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMA HEXADECIMAL Es el sistema de base 16, y que utiliza dieciséis dígitos distintos: del 0 al 9 más las letras mayúsculas A, B, C, D, E y F, que tienen como valores propios 10, 11, 12, 13, 14 y 15 respectivamente. Es utilizado muy frecuentemente por su facilidad de conversión con el binario, lo cual hace que números binarios muy grandes se manejen más cómodamente en hexadecimal. La conversión de hexadecimal a binario consiste en sustituir cada dígito hexadecimal por el grupo de cuatro bits equivalente, según indica la tabla de los dieciséis primeros números: DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

La conversión de binario a hexadecimal se realiza agrupando los bits en grupos de cuatro a partir del bit situado más a la derecha (bit de menor peso). Cada uno de esos grupos da lugar a un dígito hexadecimal. Por ejemplo, el número binario 11001000111001010 es el número hexadecimal 191CA. El proceso de conversión es el siguiente: 1 1

1001 9

0001 1

1100 C

1010 A

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ALGEBRA DE BOOLE Algebra de Boole es el álgebra matemática que se aplica a los números binarios. Este álgebra tiene tres operaciones básicas entre bits: - Suma lógica (OR): el símbolo de la suma se sustituye por OR a + b => a OR b Equivale a la “o” de las frases disyuntivas: es verdadero si alguna de las proposiciones es verdadera, y falsa si las dos son falsas. Por ejemplo:“María es rubia o alta”.La frase es verdad si María cumple alguna de las características. De forma electrónica, la suma lógica (OR) se representa como dos interruptores en paralelo; siendo equivalente un interruptor abierto a un 0 y un interruptor cerrado a un 1:

Simbología electrónica utilizada para representar una suma lógica (OR)

Por lo tanto, a nivel de bits la suma lógica se interpreta como que el resultado es 1 si alguna entrada es 1. - Producto lógico (AND): el símbolo del producto se sustituye por AND a x b => a AND b

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Equivale a la “y” de las frases copulativas: es verdadero si las dos proposiciones son verdaderas, y falsa si alguna es falsa. Por ejemplo: “María es rubia y alta”. La frase es verdad si María cumple las dos características. De forma electrónica, el producto lógico (AND) se representa como dos interruptores en serie; siendo equivalente, de nuevo, un interruptor abierto a un 0 y un interruptor cerrado a un 1:

Simbología electrónica utilizada para representar el producto lógico (AND).

Por lo tanto, a nivel de bits el producto lógico se interpreta como que el resultado es 1 si las dos entradas son 1. - Complementación (negación): cambia el resultado al valor contrario a NOT Es verdadero si la proposición es falsa, y falsa si es verdadera. A nivel de bits la negación se interpreta como que el resultado es 1 si la entrada es 0 y viceversa.

PUERTAS LOGICAS El avance de la tecnología ha llevado a la realización física de unos elementos denominados “puertas lógicas” que realizan las operaciones binarias del Algebra de Boole (suma lógica, producto lógico y complementación lógica). En este caso las variables binarias son señales eléctricas de tensión de nivel alto (H o ’1’) o tensión de nivel bajo (L o ’0’). Las puertas básicas son las correspondientes a las tres operaciones lógicas: suma, producto y complementación. El funcionamiento de cada tipo de puerta se interpreta mediante las denominadas tablas de verdad. Estas tablas informan de la salida que facilita la puerta, dependiendo de los valores de sus entradas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA OR

Símbolo electrónico de una puerta OR

La salida de esta puerta da como resultado nivel alto (‘1’) si alguna entrada es ‘1’. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a OR b 0 1 1 1

Tabla de verdad de la puerta lógica OR

PUERTA AND

Símbolo electrónico de una puerta AND

La salida de esta puerta da como resultado ‘1’ si las dos entradas son ‘1’. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a AND b 0 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica AND

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA NOT (INVERSORA)

Símbolo electrónico de una puerta inversora (NOT)

La salida de esta puerta da como resultado el nivel lógico contrario que haya en la entrada. La forma de representar esta salida es con el mismo nombre pero con un guión encima ( a- ) se dice entonces que la variable “a” está negada. a 0 1

a 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOT

Mediante combinaciones de estas puertas lógicas básicas se obtienen otras dos puertas de muy amplio uso. Hay que tener en cuenta que, en una puerta lógica, una entrada con un círculo significa que es una entrada invertida (a través de un inversor), e igualmente, una salida con un círculo significa salida a través de un inversor.

PUERTA NOR

Símbolo electrónico de una puerta NOR

Esta puerta equivale a una puerta OR, en cuya salida tiene conectada u n a inversora (puerta NOT). a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

puerta

a NOR b 1 0 0 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOR

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA NAND

Símbolo electrónico de una puerta NAND

Esta puerta equivale a una puerta AND con un inversor conectado a su salida. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a NAND b 1 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NAND

Las puertas más utilizadas son la NOT, NOR y NAND. A su vez, las puertas NOR y NAND pueden funcionar como puertas inversoras conectando sus entradas apropiadamente. Una forma de conseguirlo es cortocircuitando sus entradas a una sola.

Puertas NOT realizadas mediante conexión única en puertas NOR y NAND

Existe una función especial dentro de la suma lógica. Esta función es la suma exclusiva, denominada OR-Exclusiva o XOR. Para realizar esta función hay dos nuevas puertas lógicas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA XOR

Símbolo electrónico de una puerta XOR

La función OR-Exclusiva vale 1 cuando hay un número impar de variables de entrada a 1, y vale 0 cuando dicho número es par. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a (+) b 0 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica XOR

PUERTA XNOR

Símbolo electrónico de una puerta XNOR

La función NOR-Exclusiva es la inversa de la OR-Exclusiva, es decir, puerta pero con una puerta inversora a la salida. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

es la misma

not a (+) b 1 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica XNOR

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FAMILIAS LÓGICAS Antes del descubrimiento de las válvulas de vacío y del nacimiento de la Electrónica, las funciones lógicas booleanas eran realizadas mediante relés (interruptores mecánicos operados eléctricamente mediante un electroimán). Con la aparición de los diodos se ideó una nueva forma de realizar las puertas lógicas, y surgió una primera tecnología o “familia lógica” cuyo circuito básico era el mostrado en la figura:

Ve1, Ve2: entradas de la puerta lógica. Vs: salida de la puerta lógica. Vcc: tensión de alimentación Circuito interno de una puerta AND realizada con diodos

V1 0 0 1 1

V2 0 1 0 1

VS 0 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica AND con diodos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Este circuito está alimentado por una fuente de tensión denominada Vcc. Los valores de entrada Ve1, Ve2 están conectados a masa si son ‘0’ y con valor de tensión si son ‘1’. La tensión de salida Vs vale ‘0’ si está conectada a masa y ‘1’ si tiene tensión. Por eso, al realizar su tabla de verdad se comprueba que es una puerta AND. Cuando una entrada vale ‘0’ su diodo correspondiente está en directo (equivale eléctricamente a un cortocircuito), mientras que si vale ‘1’ está en inverso (equivale eléctricamente a un circuito abierto). Por eso, cuando alguna entrada esté a ‘0’ (conectada a masa), su correspondiente diodo está en directo y la salida vale también ‘0’; mientras que si las dos entradas son ‘1’, los dos diodos están en inverso y la salida está conectada a la alimentación (Vcc), por lo que vale ‘1’. Esta familia presentaba problemas de todo tipo, debido a que los diodos no eran ideales. Con la invención del transistor aparecieron las primeras familias lógicas comerciales: la DCTL (Lógica de Transistores acoplados directamente) y la RTL (Lógica ResistorTransistor).

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NOR de la familia DCTL

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NOR de la familia RTL

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

S 1 0 0 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOR (DCTL y RTL)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Estas familias tuvieron poca difusión, ya que tenían en general malas características en cuanto a velocidad de conmutación (velocidad en conseguir en el terminal de salida el resultado de la operación realizada con los datos de entrada), influencia de ruido externo, disipación de potencia, etc. La primera familia lógica de uso generalizado fue la DTL (Lógica Diodo-Transistor), que luego sería sustituida por la TTL, compatible con ella. La puerta básica es una puerta NAND implementada por el siguiente circuito:

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NAND de la familia DTL

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

S 1 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NAND (DTL)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Esta familia tenía como ventajas una gran variedad de puertas disponibles, y baja generación de ruido, pero su velocidad de conmutación era relativamente baja, y presentaba poca inmunidad al ruido externo. Apareció después la familia TTL (Lógica Transistor-Transistor) que es la más utilizada actualmente en niveles de integración medios. Presenta como ventajas la compatibilidad de interconexión con DTL, una gran variedad de puertas y circuitos lógicos, buena inmunidad al ruido, menor coste de fabricación que las DTL, menor tiempo de retardo y menor potencia de disipación. Esta familia constituye actualmente la serie de integrados 74XX... o 54XX..., y trabaja normalmente con niveles lógicos de 0 y 5 voltios, al igual que DTL. Un ‘1’ lógico equivale a tensión alta (H) y son 5 voltios, mientras que un ‘0’ lógico equivale a tensión baja (L) y son 0 voltios. La puerta básica en TTL es la NAND. En estas puertas, una entrada dejada al aire (sin conectar) equivale a un ‘1’ lógico. Existen varias subfamilias derivadas de la TTL: -

STTL (TTL Schottky): es la serie 74SXX... Construida a base de transistores Schottky de conmutación rápida, cuya característica fundamental es su gran velocidad de conmutación. HTTL (High-speed TTL): serie 74HXX... Son puertas TTL de alta velocidad. LPTTL (Low-power TTL): serie 74LXX... Puertas TTL de baja disipación térmica. - LSTTL (Low-power Schottky TTL): serie 74LSXX... Son TTL Schottky de baja disipación. Es la familia más moderna y la de mejores características.

Existen algunas familias muy extendidas en la actualidad (tanto o más que TTL), de fácil compatibilidad con TTL y construidas a base de transistores unipolares MOSFET. Son las familias P-MOS (con transistores de canal P), N-MOS (con transistores de canal N) y C-MOS (MOSFET complementarios, canal N y P simultáneamente), esta última familia es la de mayor difusión en niveles de integración media. Presentan como ventajas una disipación de potencia ínfima, una tensión de alimentación variable (de 3 a 18 voltios) y una gran densidad de integración a bajo precio. Sin embargo, su velocidad de conmutación es baja, y no son directamente conectables con TTL por lo general. Estas familias constituyen las series 40XX... y 41XX...

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES A continuación se muestra una tabla que contiene distintos integrados comerciales de puertas lógicas, clasificados por el tipo de puertas que contienen. Se han suprimido las letras que normalmente aparecen después del número 74 (familia TTL), y que indican la subfamilia y las características técnicas del integrado (consumo, velocidad de conmutación, etc.). Existen integrados que contienen diferentes tipos de puertas lógicas, que realizan funciones específicas; por ejemplo dos puertas AND cuyas salidas se conectan a la entrada de una puerta OR, etc. Normalmente se trata de funciones específicas muy utilizadas en la práctica, de ahí que se fabriquen integrados especiales con estas funciones ENTRADAS

CODIGO DE INTEGRADO

Nº INTEGRADO

NAND 2 3 4 8

7400 7410 7420 7430

4 3 2 1

TTL TTL TTL TTL

NOR 2 3

7402 7427

4 3

TTL TTL

INVERSORES (NOT) 1 7404

6

TTL

OR 2 4

7432 7423

4 2

TTL TTL

AND 2 3 4

7408 7411 7421

4 3 2

TTL TTL TTL

4 4

TTL TTL

OR - EXCLUSIVA (XOR) 2 7486 2 74136

HIBRIDO AND - OR - INVERSOR 2 7451 2 3 7459 2

PUERTAS/ FAMILIA LOGICA

TTL TTL

El esquema de los circuitos internos de estos integrados comerciales son facilitados por las hojas de características (DATA-BOOK) del fabricante.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITOS COMBINACIONALES Existen dos tipos generales de circuitos lógicos: combinacionales y secuenciales. Los circuitos combinacionales son aquellos cuyas salidas, en un determinado instante, son función exclusivamente del valor de las entradas en ese instante. Sin embargo, en los circuitos secuenciales las salidas obtenidas en cada instante de tiempo dependen del valor de las entradas y también del valor de esas mismas salidas en el instante anterior (las salidas dependen del tiempo o momento en que sean tomadas). El progreso en las técnicas de integración de circuitos ha permitido la realización en circuito integrado de sistemas combinacionales complejos, que permiten una disminución en el número de elementos y en el tiempo empleado en los diseños, además de aumentar la inmunidad al ruido, al ser menor el número de conexiones externas. De entre estos circuitos avanzados, los más usuales son los decodificadores, codificadores, multiplexores, demultiplexores y comparadores, existiendo diferentes tipos de cada uno de ellos. Estos circuitos pueden trabajar de dos formas: -

Lógica positiva: el terminal está activo cuando está a nivel alto de tensión(‘1’ lógico). Lógica negativa: el terminal está activo cuando está a nivel bajo de tensión (‘0’ lógico).

DECODIFICADORES Un decodificador típico es un circuito que tiene como entrada una información codificada en binario, y tiene tantas salidas como posibles combinaciones binarias distintas de entrada, activándose en cada momento una sola de ellas, la correspondiente a la combinación binaria que se aplique a la entrada. Por tanto, un decodificador con “n” entradas tendrá en general 2n salidas. Por ejemplo, si el decodificador tiene 2 entradas, tiene 4 (22) salidas. La clasificación más utilizada para distinguir a los decodificadores se realiza en base al número de entradas y salidas del circuito.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR “2 A 4” Y “3 A 8” El decodificador “2 a 4”, o decodificador de dos entradas, tiene dos entradas de código y cuatro terminales de salida. Además, suele incorporar una entrada de “inhibición” tal que, cuando está activada, inhibe todas las salidas desactivándolas a valor 0. Su tabla de funcionamiento es la mostrada a continuación: I 0 0 0 0 1

E1 0 0 1 1 X

E0 0 1 0 1 X

S0 1 0 0 0 0

S1 0 1 0 0 0

S2 0 0 1 0 0

S3 0 0 0 1 0

Tabla de verdad de un decodificador 2 a 4

E0, E1: entradas digitales. S0, ..., S3: salidas. I: inhibición.

Decodificador 2 a 4

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Circuito interno de un decodificador 2 a 4

Este tipo de circuitos integrados son realizados con frecuencia a base de puertas NAND, de más fácil y barata integración en TTL. Resultan así circuitos decodificadores que funcionan a su salida con “lógica negativa” (la salida activa es 0, y todas las demás valen 1), y no con la “lógica positiva” normal del ejemplo anterior. Un decodificador 2 a 4 con lógica negativa de salida tiene una tabla de funcionamiento como la siguiente (los 1 lógicos se convierten en 0 y viceversa): I 0 0 0 0 1

E1 0 0 1 1 X

E0 0 1 0 1 X

S0 0 1 1 1 1

S1 1 0 1 1 1

S2 1 1 0 1 1

S3 1 1 1 0 1

Tabla de funcionamiento de un decodificador 2 a 4 con lógica negativa

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Decodificador 2 a 4 con lógica negativa de salida

En todo diagrama de bloques, una salida dibujada con un círculo indica salida con lógica negativa, y sin círculo significa lógica positiva. Existen muchos circuitos con entradas de inhibición. Pero a veces esta entrada es llamada de diferentes maneras: -

Inhibición (I): desactiva el integrado. Disable (D): desactiva el integrado. Enable (Enb): activa el integrado.

En función del nombre dado y del tipo de lógica (positiva o negativa) indicado en el diagrama de bloques, es cómo se sabe la manera en que actúa dicha entrada; es decir, con qué nivel lógico desactiva, ‘0’ o ‘1’.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR 3 A 8 Este decodificador tiene tres entradas de código y ocho salidas decodificadas, además de la entrada de inhibición.

Decodificador 3 a 8

El decodificador 3 a 8 de la figura tiene lógica negada de salida, por lo tanto, el código binario de la entrada activa el terminal de salida correspondiente poniéndolo a nivel bajo (‘0’). Por ejemplo, si la entrada es el código binario 001, el terminal de salida que se activa es el S1, y lo pone a ‘0’, dejando los restantes terminales de salida a ‘1’; es decir, el código de salida es 11111101.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR DECIMAL Este decodificador no se ajusta a la norma típica de entradas y salidas de los decodificadores binarios, ya que posee cuatro líneas de entrada de código y sólamente diez salidas decodificadas. Está pensado para realizar la decodificación del código BCD Natural, es decir, para activar la línea de salida correspondiente a una cifra decimal de entrada (de 0 a 9) codificada en binario con cuatro bits.

Decodificador decimal

En este circuito, todas las salidas quedan inactivas cuando se presenta a la entrada alguna configuración binaria no perteneciente al código BCD Natural (combinaciones prohibidas, del 10 al 15), o bien cuando se activa la entrada de inhibición (I).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR HEXADECIMAL Tiene cuatro líneas de entrada y dieciseis de salida, que sirven para decodificar cualquier número de entrada codificado en binario natural de cuatro bits. En este circuito no existen configuraciones prohibidas de entrada, ya que existe una salida para cada una de las dieciseis posibles combinaciones binarias de entrada.

Decodificador hexadecimal

El decodificador hexadecimal es muy utilizado en aplicaciones que requieren el uso de microcontroladores, puesto que la programación de los mismos se realiza, normalmente, en numeración hexadecimal. Este decodificador hexadecimal se puede utilizar para construir decodificadores superiores, tales como el decodificador “5 a 32” o el “6 a 64”. Por ejemplo, un decodificador 5 a 32 utiliza dos decodificadores hexadecimales y un inversor, de manera que el quinto bit maneja un decodificador u otro dependiendo de su valor lógico (‘0’ o ‘1’).

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Decodificador 5 a 32 mediante la conexión de dos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONVERSORES DE CODIGO Aparte de su aplicación directa como decodificadores de código, los decodificadores se pueden usar como conversores de código. Un conversor de código es un circuito que tiene por entrada una información binaria codificada en un determinado código, y convierte dicha información a otro código diferente. Los conversores de código sencillos se suelen diseñar mediante un decodificador seguido de un codificador, pero hay excepciones. Una de estas excepciones es el circuito conversor de código BCD Natural a “código de siete segmentos”, código este capaz de hacer lucir correctamente a un display LED de siete segmentos. Este circuito recibe el nombre general de “Decodificador BCD a 7 segmentos”, y se encuentra normalmente integrado en una pastilla, siendo un componente de amplia utilización.

Display de siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Los displays de siete segmentos son elementos visualizadores para cifras numéricas, compuestos por siete segmentos luminosos, bien a base de diodos LED o bien mediante cristales líquidos. Los más utilizados son los basados en diodos LED, ya que son excitados fácilmente mediante tensiones continuas de tipo TTL (5 o 0 voltios). Existen a su vez dos tipos generales de displays tipo LED: “Anodo común” y “Cátodo común”. - Anodo común: los ánodos (terminales P) de los siete diodos LEDs están unidos a un mismo punto eléctrico conectado externamente a tensión positiva (+Vcc).

Conexión de diodos LED en configuración de Anodo Común

Cada cátodo independiente ha de ser excitado con una tensión baja para que el diodo esté en directo y el segmento correspondiente se ilumine. Por tanto se considera que este tipo de displays funcionan con lógica negativa de entrada, ya que se necesita un 0 lógico de entrada para hacer lucir el segmento. - Cátodo común: los siete cátodos (terminales N) están unidos y son conectados a una tensión baja (normalmente masa), para que cada ánodo independiente sea excitado con una tensión positiva que haga entrar en conducción al diodo y así luzca el segmento correspondiente. Funciona, por tanto, con lógica positiva de entrada, ya que necesita un 1 lógico para hacer lucir los diferentes segmentos.

Conexión de diodos LED en configuración de Cátodo Común

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Para ambos tipos de displays es necesario añadir una resistencia limitadora de corriente para cada uno de los segmentos, cuyo valor se obtiene en función de la corriente que se desea que circule por cada diodo LED en conducción (a mayor corriente, mayor luminosidad).

D0, ..., D3: código binario BCD de entrada Conexión entre un decodificador BCD a 7 segmentos y un display

También existen diferentes modalidades de decodificadores BCD a 7 segmentos en función de su comportamiento ante combinaciones binarias de entrada no pertenecientes al BCD Natural (del 10 al 15 en binario). En estos casos el decodificador puede hacer que el display permanezca apagado, o bien que represente los correspondientes caracteres hexadecimales (A, b, C, d, E, F); esto depende del tipo de decodificador utilizado.

Caracteres posibles de un display de siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de verdad de éste último decodificador para displays de cátodo común (lógica positiva de entrada) es la siguiente BCD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

HEX 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

BINARIO C B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1

CODIGO 7 SEGMENTOS b c d e f 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1

g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1

Tabla de funcionamiento del conversor a siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CODIFICADORES Estos elementos realizan la función inversa de los decodificadores, es decir, poseen en general 2n entradas y “n” salidas de código en las que aparece codificado en binario puro el valor de la entrada que haya sido activada. Si no se activa ninguna entrada, la salida también permanece inactiva (número binario cero). Por ejemplo, un codificador con 8 (23) entradas tiene 3 salidas. Existen dos tipos principales de codificadores, en función de su comportamiento ante varias entradas activas simultáneamente: -

-

Codificadores sin prioridad: en este tipo sólo se puede activar una única entrada cada vez. Si se activan varias simultáneamente aparece en las salidas una mezcla de valores inoperantes de las combinaciones binarias correspondientes a las entradas activas, esta salida no tiene ninguna utilidad ya que es errónea. Codificadores con prioridad: en este tipo de codificadores se pueden activar varias entradas simultáneamente, codificándose a la salida el número binario correspondiente a la entrada de mayor valor decimal, sin tener en cuenta las demás; es decir, tienen prioridad las entradas de mayor valor.

El circuito básico de un codificador “8 a 3” sin prioridad, es el siguiente:

E0, ..., E7: entradas digitales. S0, S1, S2: código binario de salida. Codificador 8 a 3 sin prioridad

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de funcionamiento de un codificador 8 a 3 con prioridad es la siguiente:

I 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

E0 X 1 X X X X X X X 0

E1 X 1 X X X X X X 0 1

E2 X 1 X X X X X 0 1 1

E3 X 1 X X X X 0 1 1 1

E4 X 1 X X X 0 1 1 1 1

E5 X 1 X X 0 1 1 1 1 1

E6 X 1 X 0 1 1 1 1 1 1

E7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1

S2 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

S1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

S0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1

P1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

P0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabla de verdad de un codificador 8 a 3 con prioridad

E0, ..., E7: entradas digitales. S0, S1, S2: código binario de salida. P0, P1: controles de prioridad. Codificador 8 a 3 con prioridad.

Este codificador incluye una entrada de inhibición (I) activa con 1 lógico, y añade también un par de salidas especiales (P0 y P1) que funcionan del siguiente modo: -

P0 se activa con ‘0’ si todas las entradas de valor decimal están inactivas. P1 se activa con ‘0’ si existe alguna o varias entradas de valor decimal activas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Aprovechando estas dos salidas se construyen codificadores superiores, mediante varios codificadores 8 a 3 con prioridad. Por ejemplo, un circuito codificador 16 a 4 con prioridad es el siguiente:

Codificador 16 a 4 mediante la conexión de dos codificadores 8 a 3

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXORES Un multiplexor es un circuito que tiene 2n entradas de información (canales), una sola salida y un mecanismo de selección que determina cuál de las entradas es la que transfiere su información a la única salida. En resumen, se comporta como un conmutador de entrada múltiple y salida única, pero cuyo control no es mecánico, sino electrónico.

Esquema de la función de un multiplexor mediante conmutadores

Las entradas de información pueden ser señales de tipo digital o bien señales analógicas, distinguiendo así dos grandes grupos de circuitos multiplexores: digitales y analógicos. En ambos tipos el mecanismo de selección consta de otras “n” entradas digitales de control en las que se introduce un número binario puro, el correspondiente a la entrada de información seleccionada. En definitiva, este circuito de selección no es mas que un decodificador de “n” entradas en el que cada salida del decodificador permite o bloquea el paso de una de las entradas de información del multiplexor hacia la salida del multiplexor.

MULTIPLEXORES DIGITALES Los circuitos multiplexores digitales TTL más utilizados en la práctica están clasificados dependiendo del número de entradas de información. Estas entradas de información se denominan canales. Los más utilizados son los de dos canales los de cuatro canales, de ocho y de dieciséis.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE DOS CANALES Este circuito tiene dos entradas de información o canales (E1 y E0), una única salida multiplexada (S) y una sola entrada de control o selección (C). Puede incorporar también una entrada de inhibición (I) para desactivar la salida. La tabla de verdad y diagrama de bloques del circuito completo son los siguientes: E0, E1: entradas. S: salida. I: inhibición. C: selector de canal

Multiplexor de dos canales.

I 1 0 0 0 0

C X 0 0 1 1

E0 X 0 1 X X

E1 X X X 0 1

S 0 0 1 0 1

Tabla de funcionamiento de un multiplexor de dos canales

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Circuito interno de un multiplexor de dos canales

En la práctica se encuentran cuatro de estos multiplexores elementales de dos canales en un solo integrado (74157, 74158, ...), formando un bloque denominado cuádruple multiplexor de dos canales, y cuya utilidad es la de seleccionar hacia la salida uno de entre los dos posibles canales de cuatro bits cada uno.

- E0.1, ..., E0.4: entradas del primer canal de 4 bits. - E1.1, ..., E1.4: entradas del segundo canal de 4 bits. - S1, ..., S4: salida binaria de 4 bits. - I: inhibición. - C: selector de canal. Cuádruple multiplexor de dos canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE CUATRO CANALES Tiene cuatro entradas de información, una única salida, dos entradas de control para selección y una posible entrada de inhibición. El circuito de control actúa como un decodificador 2 a 4. En la práctica se suelen encontrar integrados que contienen dos de estos multiplexores (74153, 4052, ...), normalmente con las entradas de control e inhibición compartidas, lo cual permite multiplexar entre cuatro “buses” de dos bits cada uno. Este bloque se llama doble multiplexor de cuatro canales.

Doble multiplexor de cuatro canales

MULTIPLEXOR DE OCHO CANALES Realiza la misma función que los anteriores, pero con un “bus” de entrada de ocho bits

Multiplexor de ocho canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE DIECISEIS CANALES Es el mismo multiplexor que el de ocho canales, pero que tiene ampliada su entrada a dieciseis canales.

Multiplexor de dieciséis canales

Mediante este multiplexor se obtienen multiplexores superiores. Por ejemplo, un multiplexor de treinta y dos canales se consigue mediante dos multiplexores de dieciséis canales y alguna circuitería adicional.

Multiplexor de 32 canales mediante la conexión de dos multiplexores de 16 canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXORES ANALÓGICOS Son circuitos CMOS (no TTL) que permiten seleccionar una de las 2n posibles entradas analógicas de información para hacerla llegar a la única salida analógica. El mecanismo de selección consta de “n” entradas digitales en las que se codifica en binario el número de la entrada analógica seleccionada, y consiste en un decodificador de “n” entradas cuyas salidas abren o cierran un conjunto de 2n “interruptores bidireccionales analógicos” CMOS, uno para cada canal de entrada. Por ejemplo, el esquema interno correspondiente a un multiplexor analógico de cuatro canales es el siguiente:

E0, ..., E3: entradas analógicas. S: salida analógica. C0, C1: selector digital de canal. Esquema interno de un multiplexor analógico de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El interruptor bidireccional es un componente que no existe en la familia TTL, y que se comporta igual que un interruptor que conduce o no según que su entrada de control (C) sea de nivel de tensión alto o bajo, respectivamente (interruptor activo con C = 1).

E: entrada. S: salida. C: control de apertura. Símbolo electrónico de un interruptor bidireccional analógico.

En conducción, este dispositivo presenta baja impedancia con una resistencia comprendida entre 50 y 200 ohmios (se considera un cortocircuito), mientras que en corte presenta alta impedancia con una resistencia que alcanza varios Megaohmios (se considera un circuito abierto). Las tensiones analógicas que puede manejar en sus entradas pueden ser de hasta +7,5 voltios normalmente. Existen multiplexores analógicos de cuatro canales, de ocho y de dieciseis, de igual forma que con los multiplexores digitales.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DEMULTIPLEXORES Realizan la función inversa de un multiplexor, es decir, se comportan como conmutadores de entrada única y salida múltiple, existiendo un mecanismo de control que selecciona la salida hacia la que se envía la información de entrada. Por tanto, un demultiplexor tendrá en general una entrada de información (que puede ser digital o analógica), 2n salidas y “n” entradas de control en las que se introduce el número binario correspondiente a la salida seleccionada. La tabla de verdad y circuito interno correspondiente a un típico demultiplexor digital de cuatro canales son los siguientes: E 0 0 0 0 1 1 1 1

C1 0 0 1 1 0 0 1 1

C0 0 1 0 1 0 1 0 1

S0 0 0 0 0 1 0 0 0

S1 0 0 0 0 0 1 0 0

S2 0 0 0 0 0 0 1 0

S3 0 0 0 0 0 0 0 1

Tabla de funcionamiento de un demultiplexor de cuatro canales

E: entrada digital. S0, ..., S3: salidas. I: inhibición. C0, C1: selectores de canal.

Demultiplexor de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En la práctica este circuito no existe como demultiplexor propiamente dicho, ya que equivale a un decodificador 2 a 4 con lógica positiva de salida y una entrada de inhibición (activa con 0) por la que se introduce la información de entrada.

Decodificador 2 a 4

Es por esta razón por la que no son frecuentes los circuitos integrados demultiplexores digitales como tales, sino que existen circuitos decodificadores-demultiplexores, que son decodificadores con una entrada especial de inhibición por la que se introduce la información a demultiplexar. De este modo, se pueden encontrar demultiplexores digitales de cuatro canales, de ocho y de dieciséis, y mediante estos últimos construir demultiplexores mayores. Los demultiplexores analógicos son normalmente los mismos circuitos multiplexores analógicos explicados anteriormente (suelen presentarse en forma de multiplexores/demultiplexores analógicos). Esto es debido al carácter bidireccional de los interruptores analógicos CMOS.

Esquema interno de un demultiplexor analógico de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA COMPARADORES Un comparador de “n” bits es un circuito combinacional que tiene por entradas dos números binarios de “n” bits cada uno (A y B), determinando a su salida si uno es menor, mayor o igual que el otro. Para ello dispone de tres salidas típicas: A B, A = B y A B. En TTL existen comparadores de cuatro y cinco bits, si bien mediante varios de éstos se pueden construir comparadores mayores. Un típico circuito comparador de cuatro bits es el integrado 7485, que se fabrica con tres entradas adicionales de control (C , C=, C ), además de las ocho entradas correspondientes a los dos números binarios A y B de cuatro bits cada uno.

Comparador de cuatro bits.

A0, ..., A3: dato A de 4 bits. B0, ..., B3: dato B de 4 bits.

C , C=, C : señales de control. A B, A=B, A B: salidas resultado de comparación.

Dichas entradas de control actúan sobre las tres salidas del comparador sólo en caso de igualdad (A = B) entre los dos números de entrada, activándose cualquiera de ellas (no necesariamente la de A = B) en función de cuál sea la entrada de control activada (C , C = , C ). La tabla adjunta muestra el funcionamiento de este integrado.

AyB A>B A
C> X X 0 1 0 0 1

C= X X 0 1 0 1 0

C< X X 0 1 1 0 0

A>B 1 0 0 0 0 0 1

A=B 0 0 1 1 0 1 0

A
Tabla de verdad de un comparador de cuatro bits

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Estas entradas de control permiten construir comparadores superiores utilizando sólamente integrados 7485, sin ningun circuito adicional. Por ejemplo, un comparador de ocho bits se puede conseguir asociando dos comparadores de cuatro bits cada uno.

Comparador de 8 bits mediante la conexión de dos comparadores de 4 bits

SUMADORES La suma es la operación básica utilizada en el sistema de numeración en base dos. En la suma de dos números binarios de un solo bit cada uno (a y b), se obtienen como resultado dos bits, uno de suma (S) y otro de posible “acarreo” (C).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SEMISUMADOR Esta operación se realiza mediante un circuito combinacional llamado semisumador, cuya tabla de verdad y circuito son los siguientes: a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

S 0 1 1 0

C 0 0 0 1

Tabla de funcionamiento de un semisumador

La fórmula matemática que rige este proceso es:

a +

b

C

S

El resultado de la suma es S, y si el valor de la suma sobrepasa el rango permitido, o sea 1 + 1, el resultado es un 0 y acarreo 1. A: B: S: C:

primer bit de entrada. segundo bit de entrada. suma de los dos bits. acarreo resultante. Semisumador de dos bits

Circuito interno de un semisumador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SUMADOR TOTAL Sin embargo, para operaciones de suma binaria con números de más de un bit, se utiliza otro circuito más práctico, el sumador total, que suma dos bits pero teniendo en cuenta e l p o s i b l e a c a r r e o ( C n ) g e n e ra d o e n u n a e t a p a a n t e r i o r d e s u m a .

a

b

Cn

S

Cn+

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 1 0 1 0 0 1

0 0 0 1 0 1 1 1

1

Tabla de verdad de un sumador total

La operación que realiza el sumador total es:

Cn a + b Cn+1

S

A: primer bit de entrada. B: segundo bit de entrada. S: suma de los dos bits. C: acarreo inicial de entrada. C1: acarreo resultante de salida. Sumador total

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Por ejemplo para sumar dos números binarios de dos bits cada uno, se necesitan dos sumadores totales.

Sumador de dos bits mediante la conexión de dos sumadores totales

En C0 se fuerza un ‘0’ para que no halla acarreo inicial. El acarreo C1 del primer sumador (suma de los dos bits de menor peso, a0 y b0) se conecta con el terminal de acarreo inicial del segundo sumador, por lo que se consigue la suma de a1 con b1 y con el acarreo C1. Este segundo sumador da el resultado de la suma total por los terminales S1 y S0 y el acarreo final por Cf. Cf C1 C0 a1 a0

+ b1 b0 Cf

S1 S0

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CUADRUPLE SUMADOR TOTAL La utilización en serie de varios sumadores totales permite la suma de dos números binarios de varios bits cada uno. En la práctica se utiliza mucho el cuádruple sumador total (integrado 7483), que permite sumar números de cuatro bits:

C0 a4 a3 a2 a1 +b4 b3 b2 b1 C4 S4 S3 S2 S1 En este circuito, los acarreos intermedios se suman sucesivamente a los siguientes bits, en orden de menor a mayor peso, al igual que se realiza en una suma decimal.

Cuádruple sumador total

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Igualmente, la utilización en serie de varios cuádruples sumadores totales permite la suma de números de más de cuatro bits. Por ejemplo, de ocho bits que es denominado óctuple sumador total.

Octuple sumador total mediante la conexión de dos cuádruples sumadores

Esta técnica de suma binaria a base de bloques sumadores totales conectados en serie, llamada suma en paralelo con acarreo en serie, tiene como desventaja la poca velocidad de operación, ya que el acarreo se propaga a través de los sucesivos sumadores, y el resultado tarda algún tiempo en aparecer de forma estable en las salidas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES La nomenclatura y los códigos de integrado de los sistemas combinacionales más utilizados, se muestran en la siguiente tabla. La tabla está clasificada según los distintos tipos de sitemas combinacionales existentes. El código de los integrados pertenecientes a la familia lógica TTL empieza por el número 74, después pueden o no seguir a este número una o varias letras que designan el tipo de características que posee dicho integrado (consumo, velocidad de conmutación, etc.), y por último, detrás de estas letras viene una cifra que designa el tipo de circuito. En la tabla adjunta se han suprimido las letras que designan las características del integrado. TIPO CTO. COMBINACIONAL

CODIGO DE INTEGRADO

DECODIFICADORES 2a4 74139 3a8 74138 Hexadecimal 74154 BCD - decimal 74141 BCD - 7 segmentos (Anodo) 7447 BCD - 7 segmentos (Cátodo) 7446

8 a 3 con prioridad 10 a 4 con prioridad

Cuádruple de 2 canales Doble de 4 canales 16 canales 8 canales de 1 bit 8 canales de 2 bits

FAMILIA LOGICA

TTL TTL TTL TTL TTL TTL

CODIFICADORES 74148 74147

TTL TTL

MULTIPLEXORES 74157, 74158 74153, 4052 74150 74151 74351

TTL TTL TTL TTL TTL

4 a 16 Doble de 2 a 4

DEMULTIPLEXORES 74154 74155

TTL TTL

4 bits 8 bits

COMPARADORES 7485 74689

TTL TTL

SUMADORES 7483 7482 74283

TTL TTL TTL

Cuádruple total de 4 bits Semisumador de 2 bits 4 bits con acarreo rápido

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITOS SECUENCIALES Un sistema secuencial se caracteriza por que las variables de salida (unos o ceros lógicos), en un determinado instante, dependen de la variables de entrada (unos o ceros) en ese instante y del valor que en el instante anterior tuvieran las propias variables de salida. Son sistemas capaces de memorizar cierta información de lo sucedido con anterioridad en un determinado momento, y utilizar esta información, conjuntamente con una combinación lógica de sus entradas, para determinar el futuro estado del sistema considerado.

Diagrama de bloques de un sistema secuencial

Un sistema secuencial esta compuesto de dos partes bien diferenciadas: -

Una parte de almacenamiento de información. Una red combinacional que va a generar las órdenes de control del sistema.

Los términos y nomenclatura propia de los sistemas secuenciales son: -

Qt: valor de la salida en un instante de tiempo (t). Qt-1: valor de la salida en un instante de tiempo anterior (t-1). Xt: valor de la entrada X en un instante de tiempo (t). Yt: valor de la entrada Y en un instante de tiempo (t).

Dentro de los circuitos secuenciales se pueden encontrar dos tipos: sistemas secuenciales asíncronos y sistemas secuenciales síncronos. Los sistemas secuenciales asíncronos poseen la característica de que los cambios en las señales de salida se producen en el mismo instante en que se modifican las señales de entrada. En los sistemas secuenciales síncronos es necesaria la existencia de una señal particular, llamada de sincronismo, para que las variables de entrada modifiquen las señales de salida.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BIESTABLES Los biestables son circuitos combinacionales capaces de conservar indefinidamente su salida en uno de los dos estados lógicos mientras no exista una orden de cambio. La orden de cambio o de disparo es generada por el sistema combinacional de control. Esta característica de retención de la señal de salida, hace que el biestable sea la célula elemental en la formación de memorias. Los biestables se agrupan en varios bloques dependiendo de factores tales como: -

Tipos de entradas. Tipo de señal de sincronismo. Una señal de sincronismo es una señal de onda cuadrada que marca la pauta temporal de sincronización del sistema secuencial.

Dependiendo de la señal de entrada los tipos de biestable son: -

Biestable Biestable Biestable Biestable

R -S. J - K. D. T.

Dependiendo de la señal de sincronismo los tipos de biestables son: - Asíncronos: Son aquellos biestables que no disponen de señal de sincronismo o de reloj. Los tipos de biestables asíncronos son: -


asíncrono asíncrono asíncrono asíncrono

R - S. J - K. D. T.

- Síncronos: Son biestables que tienen señal de sincronismo o de reloj. Esta señal va a sincronizar los cambios en la señal de salida. Dependiendo del tipo de señal de sincronismo de que disponga el biestable existen las siguientes clases de biestables síncronos: -

Activados por nivel: Activados por flanco en la señal de sincronismo

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Activados por nivel El cambio de nivel lógico en la señal de sincronismo habilita a la señal de entrada para que cambie la señal de salida. Por ejemplo, un biestable síncrono activado por nivel lógico (cero lógico o uno lógico) cambia la señal de salida en el instante en que la señal de sincronismo pasa de valer cero a valer uno lógico, o viceversa. Biestables síncronos activados por nivel son: -


síncrono síncrono síncrono síncrono

activo activo activo activo

por por por por

nivel nivel nivel nivel

R - S. J - K. D. T.

-

Activados por flanco en la señal de sincronismo:

El flanco de cualquier señal es la zona de señal que está situada en la transición de un nivel lógico a otro.

Flancos de una señal cuadrada

Si el cambio se produce de nivel alto (uno lógico) a nivel bajo (cero lógico), el flanco es denominado de bajada. Si por el contrario el cambio se produce de nivel bajo a nivel alto, el flanco es denominado de subida. Biestables activados por flanco son: -


activado activado activado activado

por por por por

flanco flanco flanco flanco

J - K. R-S D. T.

Los biestables más usados en electrónica suelen ser todos aquellos que disponen de señal de sincronismo o de reloj. Los biestables síncronos, que disponen de señal de sincronismo, van a ser tratados con más profundidad en el presente capítulo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BIESTABLES SINCRONOS Se caracterizan porque sólo se permiten cambios en la salida cuando la señal de sincronismo está al nivel correcto (activo por nivel), o en el flanco adecuado (activo por flanco) y se denominan biestables síncronos porque funcionan bajo modo síncrono, es decir, bajo un señal de sincronismo. El modo de funcionamiento síncrono tiene dos importantes ventajas sobre el funcionamiento bajo modo asíncrono las cuales son: -

Permite que los cambios en el sistema se realicen sólo cuando se tenga la seguridad de que las diferentes señales que actúan sobre él estén presentes. El ruido electrónico, o las señales que provocan interferencias, solamente tienen la posibilidad de actuar en los tiempos marcados por la señal de sincronismo.

Las partes de que se compone un biestable síncrono son las siguientes:

Terminales de un biestable síncrono

-

Preset: señal de puesta a ‘1’. Si en el terminal preset tenemos un nivel alto (‘1’ lógico), la salida Q pasa a valer nivel alto. Clear: señal de puesta a ‘0’. Si en el terminal clear tenemos un nivel alto (‘1’ lógico), la salida Q pasa a valer nivel bajo. Clk: señal de sincronismo o de reloj. Es la que marca los tiempos de cambio en la señal de salida. Entradas X Y: son las entradas lógicas del circuito secuencial. Salida Q: señal resultante o de salida del circuito secuencial. Salida Q : señal de salida negada (si Q = 1 entonces Q = 0)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En el caso de que las señales de PRESET y CLEAR estén al mismo tiempo a nivel alto, no actuará ninguna de las dos señales. Dentro de los biestables síncronos existen básicamente tres tipos o clases, según su modo de disparo o de sincronización que son: -

Modo Nivel: un cambio en la salida de estos biestables sólo está permitido mientras la entrada de reloj permanezca en un determinado nivel (bajo o alto), dependiendo del biestable de que se trate. En este modo el biestable se llama “Latch”. Modo Balanza o Toggle: los datos de la entrada se toman en el flanco de subida de la señal de reloj y se hacen efectivos en la salida en el flanco de bajada de la señal. En este modo el biestable es denominado “Flip-Flop”. Modo Edge o Flanco: los datos de entrada se toman en un determinado flanco y su presentación en la salida se efectúa en el mismo flanco. En este modo también se denomina al biestable “Flip-Flop”.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BIESTABLE “D” ACTIVO POR NIVEL (LATCH) Un latch es un biestable que funciona con una señal de sincronización activa por nivel.

Biestable D activo por nivel

Este biestable dispone de: -

Señal de sincronización (E): es la que marca, al nivel adecuado, cuándo se pueden permitir cambios en la salida. Señal de entrada (D): es el dato de entrada y puede ser o ‘1’ o ‘0’ lógicos. Señal de salida (Q): es el dato de salida y puede ser ‘1’ o ‘0’ lógicos. Señal de salida inversa (Q): es el valor lógico inverso de la salida Q. Señal de preset (PRE): señal asíncrona que cuando está a nivel alto pone la salida Q a nivel alto, independientemente de cómo esté la entrada D. Señal de clear (CLR): señal asíncrona que cuando está a nivel alto pone la salida Q a nivel bajo, independientemente de cómo esté la entrada D.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Todos los biestables tienen una tabla de funcionamiento (tabla de verdad) que relaciona las distintas señales de entrada y control, con la salida Q. La tabla de verdad de un biestable “D” es la siguiente: D x D

E 0 1

Q Qt-1 D

Q Qt-1 D

Tabla de verdad de un biestable “ D “ activo por nivel.

Estas tablas se leen por filas de arriba a abajo y dentro de cada fila se lee de izquierda a derecha. Por ejemplo, la primera fila de esta tabla quiere decir que independientemente del estado de la entrada D (símbolo X), cuando la señal de sincronización E vale cero lógico, la salida Q es la misma que en el instante anterior (Qt-1). PRESET 0 1 0 1

CLEAR 0 0 1 1

Q Qt 1 0 Qt

Tabla de salida Q respecto de las señales de control

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Cuando la entrada de sincronismo E está a nivel alto, la salida Q seguirá en todo momento los valores de la entrada. Cuando E está a nivel bajo la salida Q es la misma que en el instante anterior, es decir, es Qt-1. Las señales de control tienen prioridad sobre el resto de las señales del circuito. Si la señal de CLEAR está a nivel alto, la salida será cero independientemente del resto de las señales.

Cronograma de un biestable D activo por nivel

La gráfica que analiza temporalmente el estado de cualquier integrado se denomina cronograma. En un cronograma de funcionamiento del biestable D se observan los cambios que presenta la salida Q dependiendo del estado de la entrada D y de las señales de control asíncronas CLR y PRE. Para analizar cualquier cronograma se deben tener en cuenta los puntos de la señal de salida en los que está permitido el cambio de valor lógico. En este cronograma los cambios sólo pueden suceder en t1 y t3. En t1 se pueden producir cambios porque es el instante de tiempo en el que la señal de sincronización pasa de valer un nivel bajo (‘0’ lógico) a valer un nivel alto (‘1’ lógico). En t3 la señal de control PRESET pasa a valer nivel alto, y es en ese nivel donde puede actuar sobre la salida, según la tabla de salida Q respecto señales de control. En este caso, para el instante de tiempo t3, la salida pasa a valer nivel alto (‘1’ lógico).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El análisis temporal del cronograma anterior es el siguiente: -

-

Hasta el instante t1 la señal de salida no cambia; si Q es un nivel alto, sigue valiendo lo mismo hasta t1, instante en el cual puede cambiar o no dependiendo de la señal de entrada D o de las señales de control. En t1 la señal de sincronización E pasa a valer un nivel alto, y en un biestable D activo por nivel este instante es el permitido para realizar cambios en la salida. La entrada D en este instante vale ‘1’ lógico, por lo que la salida no cambia y sigue valiendo ‘1’ lógico. En t4, estando la señal E de sincronización a nivel alto, la entrada D pasa a valer nivel bajo (‘0’ lógico), en este instante la salida Q pasa a valer ‘0’ lógico. En t3 la señal de PRESET pasa a valer ‘1’, por lo tanto la salida Q pasa a valer ‘1’ independientemente del estado del resto de señales.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BIESTABLE SINCRONO J-K ACTIVO POR FLANCO ( M/S) El biestable J-K síncrono activo por flanco es un biestable que tiene dos entradas de datos, denominadas J y K, y tiene una señal de sincronismo (onda cuadrada) que permite cambios en la salida cuando existan flanco (subida o bajada dependiendo del biestable) en ella.

Biestable J-K síncrono

La descripción de cada patilla o terminal del biestable es la siguiente: -

Señal de sincronización (CLK): en este terminal actúa la señal de reloj (onda cuadrada), cuyos flancos marcan la zona donde puede haber cambios en la salida Q. Señales de entrada (J y K): la combinación de ‘0’ y ‘1’ en estos dos terminales determina el valor lógico de la salida. Señal de salida (Q): esta señal es la salida del dato que puede ser ‘0’ ó ’1’ lógicos. Señal de salida inversa (Q): es el valor lógico inverso a la salida Q. Señal de preset (PRS): señal asíncrona que cuando esta a nivel alto pone la salida Q a nivel alto independientemente de cómo estén las entradas J y K. Señal de clear (CLR): señal asíncrona que cuando está a nivel alto pone la salida Q a nivel bajo independientemente de cómo estén las entradas J y K.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de funcionamiento que relaciona las señales de entrada J y K con la señal de salida Q se presenta a continuación: PRESET H L H L L L L

CLEAR L H H L L L L

CLK X X X f f f f

J X X X L H L H

K X X X L L H H

Q H L H Qt H L Qt

Q L H H Qt L H Qt

Tabla de verdad o funcionamiento de un biestable J - K activo por flanco H: nivel alto o uno lógico. L: nivel bajo o cero lógico. X: puede ser ‘0’ o ‘1’, es indiferente. Qt: salida Q en el instante t. f: flanco de señal.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En el análisis de cualquier cronograma hay que tener en cuenta la tabla de verdad del componente secuencial (en este caso un biestable) para entender los cambios temporales en la salida.

Cronograma de un biestable J-K activo por flanco

En el análisis de un cronograma es imprescindible el reconocimiento de los flancos de la señal de sincronización. Los flancos van a marcar los instantes en los que está permitido el cambio en la señal de salida. Los instantes en que las señales de control pasan a valer niveles lógicos de activación son también necesarios en el análisis del cronograma. Una vez marcados sobre el cronograma los instantes anteriormente mencionados, el proceso de realización es el siguiente: -

-

Hasta t1 la señal de PRESET está a nivel alto, por lo tanto fuerza a que la salida esté, hasta ese instante, a nivel alto. En el instante t2 un flanco de bajada permite los cambios en la señal de salida, dependiendo del estado de las entradas J y K. Tomando la tabla de verdad del biestable, en ese instante J vale nivel alto y K vale nivel bajo, luego la salida está a nivel alto. En t3 la salida no cambia puesto que las entradas J y K no han cambiado. En t4 la salida no cambia. En t5 la salida pasa a nivel bajo, puesto que la entrada J está a nivel bajo y la entrada K a nivel alto.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONTADORES Un contador es un sistema secuencial con una entrada de impulsos u onda cuadrada, también llamada de reloj, que va a “contar” el número de impulsos que le llegan por esta entrada. Los contadores están constituidos por biestables con un circuito combinacional añadido. Los tipos de contadores que existen están clasificados en función del tipo de señal con la que trabajen; así se pueden encontrar contadores binarios, contadores en BCD, etc. El tamaño del contador depende del número de terminales de salida de que dispone. Estos terminales de salida proporcionan en binario el número de impulsos que ha contado. Por ejemplo: - Contador de 4 bits: Número mayor de impulsos que puede contar = 24 tiene cuatro terminales de salida.

= 16 impulsos. Este contador

- Contador de 8 bits: Número mayor de impulsos que puede contar = 28 =256 impulsos. Este contador tiene cuatro terminales de salida. El patillaje o los terminales de un contador son los siguientes:

UP ------ Arriba DOWN ------- Abajo (DN)

Contador binario de cuatro bits

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La descripción de cada patilla o terminal es: -

-

-

UP y DN: son dos entradas por donde se aplican los impulsos de la señal de reloj. Si los impulsos de reloj se introducen por el terminal UP, manteniéndose a nivel alto el terminal DN, se realiza la cuenta de forma ascendente. Si por el contrario se intercambian las señales, la cuenta se realiza de forma decreciente. CLR: es la señal de RESET o de puesta a cero del contador. Mientras esta señal esté a nivel alto el contador no podrá contar. LOAD: es la señal que permite la carga del dato de referencia que está presente en los terminales A,B,C y D. A,B,C y D: son las entradas de carga del contador. Se utilizan para empezar la cuenta desde un valor distinto del cero. En el momento de cargar un valor, ese mismo valor es visible en los terminales de salida y la cuenta empieza desde él. QA,QB,QC Y QD: son las salidas del contador. Indican en código binario o BCD el valor de la cuenta de impulsos. CO y BO: son señales que indican que se ha llegado a fin de cuenta. En el caso de un contador de cuatro bits que puede contar hasta 16 impulsos, CO avisa cuando en la salida se tiene el valor 15 en binario y BO avisa en cuenta descendente cuando la salida vale cero en binario.

Asociando contadores de un determinado número de bits se pueden conseguir contadores con un número mayor de cuenta. Por ejemplo, asociando tres contadores de cuatro bits se consigue un contador de doce bits.

Contador binario de 12 bits mediante la conexión de tres contadores de 4 bits

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La señal principal que se tiene en esta ampliación es la señal de fin de cuenta ascendente CO o descendente BO. En el circuito de ampliación, con una señal de reloj, que puede provenir de un sensor que genere impulsos u ondas cuadradas, se incrementa la salida en binario del número de impulsos recibidos para el primer contador. Cuando se llega al final de cuenta en el primer contador, se genera un pulso en la patilla CO o BO. Este pulso se aprovecha para incrementar la cuenta del segundo contador. La salida CO o BO del segundo contador, de la misma manera, incrementa la cuenta del tercero y así sucesivamente. Las señales LOAD y CLR son comunes para los tres contadores. Los contadores son muy utilizados en todas aquellas aplicaciones que tengan como señal de sensor un generador de impulsos. El generador de impulsos puede ser, desde una célula fotoeléctrica hasta un sensor de efecto HALL. Actualmente los contadores pueden ir integrados dentro de unos componentes denominados microcontroladores que gestionan multitud de tareas tales como el tratamiento y conversión de señales a códigos comprensibles. La adición de sistemas combinacionales a la lógica de control de un contador lleva al diseño de contadores cíclicos que comienzan la cuenta en un valor determinado y al llegar al final de cuenta, vuelve a empezar a contar desde el primer valor.

Contador cíclico decimal.

En este caso hay que detectar el momento en el que el contador llega a nueve, instante en el cual hay que resetear el contador. Si en la salida (QA,QB,QC y QD) se ha contado hasta nueve en binario, se tiene que QA vale ‘1’, QB vale ‘0’, QC vale ‘0’ y QD vale ‘1’ (1001 en binario es igual a 9 en decimal). Aprovechando los bits a nivel alto del número nueve en binario, la salida de la puerta AND vale ‘1’, por lo que en la patilla CLR de reseteo hay un nivel alto, que condiciona la salida a valer ‘0’. Por lo tanto, la cuenta de este contador cíclico es: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3,4,...

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MANUAL DE ELECTRÓNICA REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Un registro de desplazamiento es un grupo de biestables unidos con la finalidad de almacenar un número binario. En el registro hay tantos biestables como bits tenga dicho número.

Esquema gráfico de las transmisiones serie y paralelo

La entrada y la salida de un registro de desplazamiento puede ir paralelo, con tantas líneas de datos como bits, o serie en el que los bits van por una única línea de datos y se envían uno detras de otro.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Los tipos de registros de desplazamiento son: - Entrada serie con salida serie (serie-serie).

A: entrada de bits vía serie. QA: salida de bits vía serie. CLK: señal de sincronización. CLR: señal de borrado de datos. Registro de desplazamiento serie/serie

- Entrada serie con salida paralelo (serie-paralelo).

Registro de desplazamiento Serie/Paralelo

- Entrada paralelo con salida serie (paralelo-serie).

Registro de desplazamiento paralelo/Serie.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA - Entrada paralelo con salida paralelo (paralelo-paralelo).

Registro de desplazamiento paralelo/paralelo

Las aplicaciones de estos registros son numerosas. Suelen ser utilizados como conversores del tipo de transmisión de datos: datos en serie (una línea de datos) son convertidos en paralelo (varias líneas de datos) y viceversa.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES La nomenclatura y los códigos de integrado de los sistemas secuenciales más utilizados, se muestran en la siguiente tabla. La tabla está clasificada según los distintos tipos de sitemas secuenciales existentes. El código de los integrados pertenecientes a la familia lógica TTL empieza por el número 74, después pueden o no seguir a este número una o varias letras que designan el tipo de características que posee dicho integrado (consumo, velocidad de conmutación, etc.), y por último, detrás de estas letras viene una cifra que designa el tipo de circuito. En la tabla adjunta se han suprimido las letras que designan las características del integrado. TIPO CTO. SECUENCIAL

CODIGO DE INTEGRADO FAMILIA LOGICA

BIESTABLES “D” ACTIVOS POR NIVEL Cuádruple Biestable D 7475 Octuple Biestable D 74116 Doble Biestable D 10H130 Quíntuple Biestable D 10H175 Cuádruple Biestable D 74HC75 Cuádruple Biestable D 4042B

TTL TTL ECL ECL CMOS CMOS

BIESTABLES J-K ACTIVOS POR FLANCO Biestable J-K 7470 Biestable J-K 74H71 Doble Biestable J-K 74H106 Biestable J-K 74110 Doble Biestable J-K 74111

TTL TTL TTL TTL TTL

CONTADORES Binario de 4 bits BCD Binario UP-DOWN de 4 bits Binario UP-DOWN de 8 bits Binario UP-DOWN de 8 bits Binario Ajustable

7493 74142 74191 74192 74193 74197

TTL TTL TTL TTL TTL TTL

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO De 8 bits De 4 bits Serie-Serie de 8 bits Paralelo-Paralelo de 5 bits Serie-Paralelo de 8 bits Paralelo-Serie de 8 bits Paralelo-Paralelo de 4 bits

7491 7494 7496 7497 74164 74165 74195

TTL TTL TTL TTL TTL TTL TTL

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MEMORIAS Una de las partes más importantes de los sistemas digitales es la dedicada a almacenar la información con la que está tratando el sistema. A la parte del sistema que se dedica al almacenamiento de información se le denomina memoria. En las memorias se almacenan distintos tipos de información, tales como instrucciones a ejecutar por un microcontrolador, resultados parciales de operaciones, datos de entrada a un sistema digital, etc. Sobre las memorias se pueden realizar dos tipos de operaciones. Se puede leer la información que tiene almacenada, o bien se puede escribir nueva información para que quede almacenada en ella. Por lo tanto, a una memoria se accede de dos formas: para leer o para escribir información en ella. A estas dos formas de acceder a la memoria se les denomina modos de acceso. Una memoria está dividida en celdas (casilleros) en las que se guarda la información. Las celdas son las células elementales que conforman una memoria, y técnicamente son denominadas posiciones de memoria.

Esquema gráfico de las celdas de una memoria

La información almacenada en las memorias está codificada en binario. La unidad básica del código binario es el bit; un grupo de ocho bits se denomina byte. A la cantidad de bits que caben en cada posición de memoria se le denomina palabra. Por ejemplo, un caso típico es una memoria de un “ancho” de palabra de 16 bits. Esto quiere decir que en cada una de sus celdas de memoria caben 2 bytes, es decir, 16 bits.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CLASIFICACION DE LAS MEMORIAS La gran variedad de tipos, tecnologías y modos de funcionamiento, hace dificil su clasificación. La siguiente clasificación está realizada atendiendo al modo de acceso de la memoria. Las memorias a las que se puede acceder para leer y escribir datos son las denominadas memorias RAM, mientras que las memorias que sólo permiten el acceso para la lectura de datos, son las denominadas memorias ROM. Atendiendo al modo de acceso la clasificación de las memorias queda de la siguiente manera: - RAM estáticas - Lectura y escritura: - RAM dinámicas

- ROM - PROM ACCESO - Lectura: - EPROM - EEPROM Atendiendo a la clasificación de memorias, tomando como punto de referencia el modo de acceso permitido, las memorias se dividen en dos grandes bloques: - Lectura y escritura. - Sólo lectura.

LECTURA Y ESCRITURA Las memorias RAM (Random Access Memory) son memorias de acceso aleatorio, se puede acceder a ellas para escribir, o grabar datos en binario o en hexadecimal. Las memorias RAM pueden ser estáticas, o dinámicas: -

Statics RAM o memorias estáticas son memorias en las que la información grabada permanece inalterable hasta que se retire la alimentación. Dinamics RAM o memorias dinámicas en las que la información debe ser refrescada cada cierto tiempo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SOLO LECTURA En general se denomina a este tipo de memorias como memorias ROM (Read Only Memory), las diferentes nomenclaturas vienen determinadas por la unión del tipo de acceso (memoria de solo lectura ROM ) con la manera de programarlas y borrarlas. Una memoria de sólo lectura puede ser: -

ROM: memoria sólo para lectura. La programación de datos la realiza el fabricante. PROM: memoria sólo para lectura. La programación la puede realizar el usuario, pero sólo puede ser programada una vez. EPROM: memoria sólo para lectura. Programable por el usuario. Puede ser programada unas diez mil veces, porque se pueden borrar los datos grabados en la memoria mediante rayos ultravioleta. EEPROM: es similar a una memoria EPROM, la diferencia radica en el método de borrado, que en este caso se realiza de manera electrónica.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS MEMORIAS Las memorias, independientemente del modo de acceso, tienen unas características comunes a todas ellas. Estas características determinan la elección de una determinada memoria en una determinada aplicación. Las características generales de una memoria son: -

Capacidad: es la cantidad de información que se puede almacenar en una memoria expresada en bits o en bytes. La información está almacenada en las celdas o posiciones de memoria, y en cada celda hay una cantidad de bits que se denomina “ancho” de palabra. La capacidad viene determinada por el producto del número de palabras por el tamaño en bits de la palabra. Por ejemplo, con un tamaño de palabra de 16 bits y un número de palabras de 1024 bits, la capacidad de esa memoria debe ser :

Capacidad = número de palabras (M) x número de bits por palabra (N). N = 16 bits M = 1024 Capacidad = 1024 x 16 = 16.384 bits = 2.048 bytes = 2 Kilobytes La memoria del ejemplo es, por tanto, una memoria de -

2K x 16.

Volatilidad: una memoria se dice que es volátil cuando la información en ella almacenada se pierde en ausencia de alimentación. Tiempos de lectura y escritura: los tiempos de acceso a la información, ya sea para leer o para escribir, son características importantísimas a la hora de seleccionar un determinado tipo de memoria. Los tiempos de acceso van a marcar la rapidez a la que va a poder funcionar el sistema electrónico. Estas características son proporcionadas por el fabricante en los DATA - BOOKS.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MEMORIAS MÁS UTILIZADAS En este apartado se va a tratar con más profundidad la descripción, patillaje y modos de funcionamiento de las memorias RAM estáticas y EPROM, ya que son las utilizadas en mayor número por la industria electrónica.

RAM ESTATICA Las memorias RAM estáticas se caracterizan porque, mientras están alimentadas, la información en ellas almacenada no se modifica a menos que se realice una operación de escritura. La célula elemental de almacenamiento (celda o posición de memoria) es un biestable. La aplicación más importante de las RAM estáticas es en sistemas en los que no se requieren grandes capacidades de memoria y se necesitan tiempos de acceso pequeños.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PATILLAJE Y TERMINALES La descripción funcional de cada patilla o terminal se representa por medio del siguiente diagrama gráfico:

A0 - An : terminales de dirección desde el número 0 hasta el “n” D0 - Dn : terminales de datos, desde el 0 hasta el “n” Terminales de una memoria RAM estática

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La función de cada uno de los terminales es la siguiente: -

-

Alimentación ( Vcc y GND): dos terminales son imprescindibles en todos los circuitos integrados o pastillas. En las memorias RAM a estas patillas o terminales se les suele denominar como Vcc y masa. En electrónica digital se ha estandarizado la alimentación con un valor de Vcc de cinco voltios y un valor de masa o GND de cero voltios. Entradas de direcciones ( A0 - An): los terminales de direcciones, desde el terminal A0 hasta el terminal An , sirven para indicar la posición dentro de la memoria sobre la que vamos a efectuar una operación de lectura o escritura. El número de terminales de dirección mantiene una relación directa con el número de posiciones de la memoria. Por ejemplo, una memoria con 16 posiciones, o celdas de memoria, requiere para su acceso un número de líneas de direcciones igual a cuatro.

Esquema gráfico de direccionamiento de una memoria

A0 - A3 : terminales de entrada del código binario de dirección de la posición de memoria

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Cada bit, en el direccionamiento, es aportado por un terminal cuyo orden se corresponde con el peso del bit en el código. Así por ejemplo, para la memoria de 16 posiciones, la posición 16 es direccionada con el código binario correspondiente al número decimal 16, es decir, el código binario 1111. El terminal de direcciones número cero (A0) se encarga de aportar el primer bit (marcado en negrita) o bit de menor peso (20). Así se opera con todos los terminales. La cantidad de posiciones de memoria que se pueden direccionar depende de los terminales de dirección. La fórmula matemática que relaciona las dos magnitudes es: º 2 n de terminales = Nº de posiciones de memoria direccionables Por ejemplo, con una memoria de 16 posiciones: 24 = 16 posiciones de memoria Para memorias comerciales que0tienen capacidades de 1024 posiciones de memoria el número de terminales es de 1 (210 = 1024). -

-

-

Entrada / Salida de datos (D0 - Dn): los terminales de entrada / salida son bidireccionales, ya que en el proceso de lectura se comportan como salidas, mientras que en el proceso de escritura se comportan como entradas. Cuando la pastilla no está activa, en estos terminales hay un estado de alta impedancia o de desconexión de la línea por la que circulan los datos del sistema (Bus de Datos). El número de terminales de datos coincide con el del número de bits de que consta la palabra, o grupo de bits, guardada en una posición de memoria. Organizaciones típicas son 1, 4 y 8 bits por palabra. Así la memoria de 1 K x 4, es decir, 1Kilobyte (número de posiciones) x 4 (bits por palabra) tiene cuatro terminales de datos. Terminal de selección de lectura / escritura (R/W ó WR): a través de estos terminales la memoria recibe información exterior del tipo de operación que se desea efectuar. Normalmente un nivel alto (‘1’ lógico) en este terminal indica operación de lectura, mientras que un nivel bajo (‘0’ lógico) en el terminal R/W indica operación de escritura. Entrada de seleción de chip (CS): este terminal actúa principalmente sobre los terminales de entrada y salida de datos dejándolos en estado de alta impedancia, y desconectándolos de las líneas por donde van las direcciones y los datos ( Bus de Direcciones y Bus de Datos) dentro del sistema. También impide realizar a la memoria operaciones de lectura y de escritura.

Cuando en esta patilla hay un nivel alto, el integrado no está seleccionado y por lo tanto no actúa, está desconectado. CS = 1 integrado inhibido del sistema CS = 0 integrado activo. Líneas de datos y direcciones conectadas a los buses de datos y direcciones del sistema. -

Control de salida de datos (WE): este terminal permite poner las salidas de datos en estado de alta impedancia (inactivas) durante un proceso de escritura, o de baja impedancia (activas) durante un proceso de lectura.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODOS DE FUNCIONAMIENTO Los modos de funcionamiento son los distintos procesos u operaciones que se pueden realizar con una memoria. En el caso de una memoria RAM estática hay dos posibles tipos de operaciones, operación de lectura y operación de escritura. Una operación de lectura consiste en dar salida, por las líneas de datos, al contenido de la posición de memoria o celda de memoria seleccionada. Para iniciar un ciclo de lectura primero se sitúa en los terminales de direcciones (A0 - An) la dirección en binario de la posición o celda de memoria que se quiere leer, después se le indica a la memoria que la operación es de lectura poniendo a nivel alto (‘1’) la patilla R / W. La pastilla de memoria se selecciona poniendo en la patilla CS un nivel bajo de tensión. Una vez seleccionada, se inicia la lectura de la celda de memoria. Pasado un tiempo de retardo, dependiente de las características internas del tipo de memoria, en los terminales de entrada / salida (D0 - Dn) se sitúa el dato correspondiente a la celda leída. Una operación de escritura consiste en dar entrada por las líneas de datos a un dato que debe ser grabado en una posición de memoria o celda de memoria seleccionada. Para iniciar un ciclo de escritura primero se sitúa en los terminales de direcciones (A0 - An) la dirección en binario de la posición o celda de memoria sobre la que se quiere escribir o grabar, después se le indica a la memoria que la operación es de escritura poniendo a nivel bajo la patilla R / W. La pastilla de memoria se selecciona situando en la patilla CS un nivel bajo de tensión. Una vez seleccionado el integrado, se inicia la lectura de los terminales de datos (A0 - An). Pasado un tiempo de retardo, dependiente del tipo de memoria, en la celda seleccionada se escribe el dato situado en los terminales de entrada / salida de datos.

EPROM Una memoria EPROM es una memoria de sólo lectura que tiene la posibilidad de ser programada, mediante un programa específico, gran cantidad de veces. Además, tiene la ventaja de poder ser borrada totalmente mediante un baño de rayos ultravioleta de unos diez minutos de duración. Una característica física fundamental de las memorias EPROM es la presencia de una pequeña ventana transparente sobre la superficie de la cara anterior del integrado. La función de esta ventana es permitir el borrado de la información de la memoria. La radiación de rayos ultravioleta, que se efectúa para borrar la memoria, debe incidir sobre esta ventana. Por eso, cuando la memoria está ya grabada, se tapa la ventana transparente con una etiqueta adhesiva de protección, para que no se borre accidentalmente, ya que tanto la luz solar como los tubos fluorescentes emiten rayos ultravioletas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PATILLAJE Y TERMINALES. El patillaje de las memorias EPROM es muy parecido al de las memorias RAM, la diferencia es que tienen dos terminales nuevos llamados Vpp y PGM, por los que se van a programar las memorias EPROM mediante un programa específico. Se elimina el terminal R / W, presente en la RAM, puesto que sólo va a ser posible la lectura de datos. El patillaje es el siguiente:

- A0 - An : terminales de direcciones, desde el 0 hasta el “n” - D0 - Dn : terminales de datos, desde el 0 hasta el “n” Terminales de una memoria EPROM

-

-

Alimentación (Vcc y GND): tiene dos terminales, uno denominado Vcc que se conecta a una fuente de alimentación de cinco voltios, y otro denominado GND que se conecta a masa. Entradas de direcciones (A0 - An): estos terminales funcionan de manera idéntica a los terminales de direcciones de una memoria RAM estática. Entrada / Salida de datos (D0 - Dn): estos terminales funcionan de manera similar a los terminales de datos de una memoria RAM estática. Pero la entrada de datos sólo es permitida en la programación de la memoria EPROM mediante un programa específico. Terminal de control de lectura (OE): este terminal indica cuándo se puede realizar una operación de lectura sobre la memoria. Entrada de selección de chip (CS): este terminal funciona de forma similar que el de las memorias RAM estáticas. Programación (Vpp y PGM): estos terminales son utilizados por el programa grabador de EPROMs para grabar y configurar la memoria.

Las funciones de las patillas de la memoria EPROM, comunes con la memoria RAM, son similares. Las patillas Vpp y PGM son sólo utilizables por el programa grabador de EPROMs, para grabar datos en las celdas de memoria que luego podrán ser utilizados por el sistema mediante su lectura.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODOS DE FUNCIONAMIENTO. Existen dos modos en los que va a poder funcionar una memoria EPROM. Un modo de grabación y un modo de lectura. El modo de grabación sólo es accesible por parte del grabador de memorias EPROM. El modo de lectura es igual que la operación de lectura de una RAM, simplemente que en este proceso, la patilla que correspondía a R / W es sustituida por OE.

MANEJO DE LAS MEMORIAS EPROM. Hay que tener una serie de recomendaciones a la hora de manipular una memoria EPROM. Un mal manejo puede provocar un mal funcionamiento del dispositivo debido a la electricidad estática. Las recomendaciones que hay que tomar son las siguientes: -

Evitar trabajar con elementos que puedan generar electricidad estática. No friccionar la ventana de la EPROM con plásticos. Usar etiquetas de protección para la ventana de la EPROM.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA APLICACIONES DE ELECTRONICA DIGITAL CONTROL DE LUCES Utilizando un decodificador 2 a 4, introduciendo el código binario de la lámpara que se quiera encender, se consigue controlar el encendido de las diferentes lámparas de una manera electrónica.

Así por ejemplo, para encender la lámpara número uno, hay que introducir el código binario correspondiente al número uno (01) en el decodificador. De esta manera, se activa la señal de salida S1 encendiéndose así la lámpara correspondiente.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONTROL DE TECLADO Mediante un codificador 8 a 3 se pueden controlar ocho pulsadores. Para convertir la información correspondiente a una tecla pulsada a código binario se utiliza un codificador. En este caso, al tener ocho pulsadores, el codificador es un 8 a 3.

Control de teclado con codificador 8 a 3

Por ejemplo, en este caso particular, está pulsada la tecla número cuatro, por lo que a la salida se obtiene el código binario correspondiente (100). El codificador trabaja con lógica negativa de entrada, por lo que una tecla pulsada equivale a un ‘0’ (nivel bajo ‘L’), mientras que una tecla sin pulsar equivale a un ‘1’ (nivel alto ‘H’).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA AVISADOR LUMINOSO DE PUERTAS ABIERTAS Cuando una puerta de un automóvil está abierta, el microinterruptor que controla el suceso está abierto, en caso contrario está cerrado. Mediante un circuito lógico controlado por los microinterruptores se consigue activar un testigo luminoso, que avisa de que alguna puerta se encuentra abierta.

Avisador luminoso de puertas abiertas

Cuando una puerta del automóvil está abierta, el microinterruptor está abierto, y provoca en la entrada de la puerta OR un nivel alto de tensión (‘1’). Al ser una puerta OR, en la salida hay un nivel alto. Cuando la puerta del coche está cerrada, el microinterruptor está cerrado y provoca en su terminal de entrada a la puerta OR un nivel bajo (‘0’), ya que se conecta este terminal a masa. Al tratarse de una puerta lógica OR, la salida es ‘1’ en cuanto haya un ‘1’ en la entrada (puerta abierta), con lo que el diodo LED luce. Mientras que el diodo permanece apagado sólo cuando las dos puertas están cerradas, ya que la salida de la puerta OR es un nivel bajo ‘0’.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TRANSMISIÓN DE DATOS ENTRE UNA CENTRALITA Y EL EXAMINER Para evitar un número de líneas de transmisión elevado, se recurre a la transmisión de datos vía serie. El Examiner tiene un conector de tres terminales, para poder comunicarse con las centralitas. Estos tres terminales son TxD, RxD y DGND. TxD es la línea por la que el Examiner transmite los datos, RxD es por la que recibe datos procedentes de las centralitas y DGND es una línea de masa digital para evitar pérdida de datos en la transmisión. Por lo tanto, el Examiner se comunica vía serie.

Transmisión de datos entre una centralita y el Examiner

El microcontrolador trabaja con datos en paralelo, por lo que se necesita un registro de desplazamiento que convierta los datos vía serie en datos vía paralelo. Este registro de desplazamiento paralelo-serie normalmente está integrado dentro del microcontrolador y recibe el nombre de UART. Si no está integrado en el propio microcontrolador, va situado dentro de la centralita.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BLOQUE DECODIFICADOR Y VISUALIZADOR DE UN TECLADO Tomando como base el control de teclado con codificador 8 a 3 y realizando los cambios oportunos (cambiar codificador 8 a 3 por codificador 4 a 2), se realiza el control de un teclado matricial de dieciseis teclas.

Bloque decodificador y visualizador de un teclado

Este teclado, está odenado matricialmente por filas y columnas y la detección de la tecla pulsada se realiza mediante el código de la fila y la columna en la que está situada dicha tecla. Al pulsar una tecla, internamente se generan mediante interruptores electrónicos las señales a nivel alto (‘1’) o bajo (‘0’). Por ejemplo, al pulsar la tecla A se genera un ‘1’ en su fila y columna correspondiente, por lo que el código de filas es 0010 (segunda fila desde abajo) y el de columnas es 0010 (segunda columna desde la izquierda). Estos códigos de fila y columna se convierten, por separado, a código binario de dos bits mediante dos codificadores 4 a 2. Estos nuevos códigos de dos bits se concatenan en un único código de cuatro bits que se corresponde con el código binario de la tecla pulsada (1010 binario = A hexadecimal). Por medio de un conversor de código a siete segmentos, se consigue visualizar la tecla pulsada en un display luminoso de siete segmentos.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONTROL DE TRÁFICO EN UN GARAJE Mediante dos sensores fotoeléctricos se consigue conocer cuándo entran y salen coches del garaje. Las señales proporcionadas por los sensores actúan sobre un circuito electrónico digital que visualiza en un display la cantidad de vehículos que hay en el garaje, así como un indicador luminoso que avisa del estado del garaje (libre o completo).

Control de tráfico en un garaje

Las señales cuadradas proporcionadas por los sensores fotoeléctricos se utilizan como señales de impulso de un contador BCD UP/DOWN de dos dígitos. El sensor que detecta la entrada de los vehículos hace contar ascendentemente al contador, mientras que la señal del sensor que detecta los vehículos que salen hace contar descendentemente a dicho contador. Hay un pulsador de puesta a cero, denominado P. cero, que resetea la cuenta que lleve en ese momento el contador; de manera que al pulsarlo el display muestre el número cero. La salida del contador es un código binario BCD empaquetado de dos dígitos que mediante un decodificador de siete segmentos muestra en dos displays (mediante la cifra de las decenas y la cifra de las unidades) la cantidad de vehículos que hay dentro del garaje. Mediante un circuito de puertas lógicas AND se detecta si el número de vehículos rebasa la capacidad máxima del garaje (99 vehículos) para activar el indicador luminoso de libre o completo, según corresponda.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MICROCONTROLADORES Un microcontrolador es un dispositivo electrónico diseñado con el fin de controlar sistemas complejos; por sí solos no efectúan ninguna operación en el sistema. Su función principal es la de controlar y gestionar memorias y dispositivos electrónicos externos (periféricos). Los periféricos de salida son los intermediarios de control entre el microcontrolador y el sistema sobre el que se va a actuar, estos periféricos también son denominados actuadores. Los periféricos de entrada proporcionan información sobre el sistema controlado. Los periféricos de entrada más comunes son: -

-

Conversores ADC´s: convierten la información analógica proporcionada por los sensores del sistema a código digital legible por parte del microcontrolador. Memorias: almacenan la información relativa al programa a ejecutar por parte del “micro” y a las tablas de datos sobre las que se efectúan operaciones de corrección. Por ejemplo, un periférico de entrada de tipo memoria almacena el mapa tridimensional de Par - Tiempo de encendido de una centralita de inyección. Acondicionadores de señal: preparan señales procedentes de los sensores a niveles de tensión que puedan ser manejados por el microcontrolador. Teclado: a través suyo el usuario manda la operación a ejecutar por parte del “micro”.

Los periféricos de salida más comunes son: -

Conversores DAC´s: convierten la señal digital del microcontrolador en señal analógica variable con la que poder actuar, por ejemplo, en la regulación de velocidad de un motor eléctrico. Actuadores electromecánicos: son elementos controlados electrónicamente pero que ejecutan movimientos mecánicos. Por ejemplo: un relé, un electroinyector de carburante, una electrobomba, etc. Display LCD: es una pantalla de cristal líquido que se comporta igual que un monitor. El display es usado para mostrar datos por pantalla. Un display LCD se coloca en los Check - Control para mostrar consumos instantáneos, nivel de carburante, velocidad media, etc.

Las memorias RAM se pueden considerar periféricos de entrada y de salida a la vez, puesto que el micro lee información y tambien carga información o datos en ellas. Las memorias EPROM son periféricos de entrada porque el microcontrolador sólo puede leer datos ella. Un microcontrolador, internamente, está compuesto por innumerables circuitos y componentes analógicos y digitales tales como diodos, transistores, decodificadores, puertas lógicas, multiplexores, memorias, contadores, etc. Todos estos circuitos están integrados en una sola pastilla o “chip”, con lo que se consigue un ahorro en espacio físico. El microcontrolador sobre el que se va a profundizar en este tema es el llamado mcontrolador 8051 de INTEL.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CARACTERISTICAS TÉCNICAS Las características principales del microcontrolador 8051 son las siguientes: -

CPU de 8 bits. 4 Kbytes de memoria ROM interna. 128 Bytes de memoria RAM interna. 128 Bytes de memoria RAM interna para registros especiales (SFR). 64 Kbytes direccionables de memoria EPROM externa. 64 Kbytes direccionables de memoria RAM externa. 4 puertos de Entrada / Salida bidireccionales de 8 bits. 2 temporizadores o contadores. 1 puerto serie tipo UART. 5 fuentes de interrupción: o 2 externas para periféricos. o 3 internas para temporizadores y puerto serie. 1 oscilador interno.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS (CPU) Es la parte del “micro” que interpreta las órdenes grabadas en la memoria de programa, en forma de instrucciones, bajo un lenguaje de programación. El lenguaje de programación de los microcontroladores es denominado “ensamblador”, y está formado por instrucciones en “código máquina”, es decir, secuencias ordenadas de unos y ceros (‘1’ y ‘0’). Por ejemplo una instrucción muy común es: en lenguaje ensamblador 1100 0011b MOV (cargar) En el caso del 8051 la CPU es de 8 bits, con lo que las instrucciones se forman mediante la combinación de 8 bits.

MEMORIA INTERNA DE PROGRAMA (ROM) Esta memoria de sólo lectura contiene el programa en ensamblador que ejecuta el “micro”. La memoria interna de un 8051 es de 4 Kbytes.

MEMORIA INTERNA (RAM) Esta memoria es utilizada para almacenar datos temporalmente y poder acceder en cualquier instante a ellos. Un 8051 dispone de 128 Bytes o 128 posiciones de escritura y lectura.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MEMORIA DE REGISTROS ESPECIALES (SFR) En esta zona de memoria están almacenados los registros, o bytes indicadores de estado, que indican a la CPU la manera de trabajar con respecto a algunos elementos internos del “micro”, tales como temporizadores o contadores, puerto serie, etc. La memoria interna del 8051 es de 128 Bytes.

PUERTOS DE ENTRADA / SALIDA (PORTS) Son las agrupaciones de terminales por donde van a entrar al microcontrolador datos, procedentes de periféricos de entrada, codificados en binario de 8 bits. Si el dato tiene una longitud de 8 bits, también los puertos del micro tienen una longitud de 8 bits. Cada bit que compone el dato binario de 8 bits entra por su terminal correspondiente, puesto que el dato entra en paralelo al puerto de entrada/salida.

Esquema gráfico de la entrada de datos a un puerto del micro 8051

Un 8051 dispone de cuatro puertos de entrada/salida con una longitud de 8 bits que abarcan 32 terminales del micro. Se denominan como: -

Puerto Puerto Puerto Puerto

0. 1. 2. 3.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TEMPORIZADORES (TIMERS) Están formados mediante la agrupación de contadores binarios en cascada. Son utilizados para temporizar, es decir, dar al microcontrolador nociones de tiempo en segundos, o como contadores que cuentan impulsos procedentes del exterior. Por ejemplo, los TIMERS se utilizan en la conversión de la señal procedente del sensor de velocidad a valores que puedan ser fácilmente tratados por la CPU y posteriormente puedan ser mostrados, de una manera digital, al conductor. Utilizando dos TIMERS, uno funcionando como temporizador, informando a la CPU del paso por segundo, y otro TIMER funcionando como contador de impulsos de paso por vuelta, que llegan procedentes del periférico de entrada que acondiciona la señal del sensor de velocidad, se puede tener noción de la velocidad referida a pasos por vuelta / segundo. El 8051 dispone de dos TIMERS denominados: -

TIMER0. TIMER1.

PUERTO SERIE (UART) Es un puerto de entrada/salida que recibe o transmite datos binarios de 8 bits en modo “serie”, es decir, un bit detrás de otro. La aplicación concreta de este tipo de puertos es la comunicación de datos entre dos microcontroladores. En el caso del sistema de diagnosis EXAMINER de FIAT AUTO ESPAÑA, la comunicación entre el EXAMINER y cada una de las centralitas de control, ya sea de inyección, de ABS, etc, se realiza vía serie a través de los puertos series de cada microcontrolador. Por este motivo las centralitas llevan un cable con tres terminales protegidos al que se conecta la toma de diagnosis del EXAMINER. La función de cada uno de los tres terminales de una centralita de control en una transmisión de datos en modo serie es la siguiente: -

TXD / RXD: terminal por el que se transmiten datos (TXD) o por el que se reciben datos e instrucciones por parte del EXAMINER (RXD) en modo serie. A la comunicación por una sola línea, tanto para transmitir como para recibir datos, se la denomina comunicación “Full - Duplex”. RTS: terminal de comunicación entre microcontroladores para transmitir su disposición o no a la comunicación de datos. GND: terminal por el que los dos microcontroladores toman una masa común.

Un microcontrolador como el 8051 dispone de un puerto serie con dos terminales diferentes para transmitir o recibir datos.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA INTERRUPCIONES (INT) La CPU ejecuta e interpreta un programa en lenguaje ensamblador grabado en la memoria de programa (ROM) y ejecutado línea a línea. Puede suceder que en un instante determinado, dentro de la ejecución del programa, la CPU tenga que comunicarse con un periférico para obtener algún dato; para evitar tiempos de espera hasta que el periférico facilite el dato pedido, se crean las interrupciones. Las interrupciones son solicitadas, cuando son externas, por los periféricos para indicar a la CPU del microcontrolador que puede disponer del dato pedido cuando desee. Cuando la CPU recibe un aviso de interrupción,deja de ejecutar el programa y lee el dato del periférico directamente, cuando ha leído el dato vuelve a ejecutar el programa principal en la línea donde lo abandonó. Las interrupciones también pueden ser solicitadas internamente por los TIMERS y la UART. Cuando un TIMER solicita una interrupción avisa a la CPU del desbordamiento sobre el tiempo de programación. Si un TIMER ha sido programado para que temporice hasta un segundo de tiempo, en el instante en que haya transcurrido el segundo, el TIMER interrumpe a la CPU para avisarle del suceso. Cuando un puerto serie o UART solicita una interrupción le quiere indicar a la CPU que ha recibido un dato vía serie o que ha terminado de transmitir un dato. En el microcontrolador 8051 se dispone de 5 interrupciones: -

Interrupción externa 1 (INT1): la interrupción es solicitada por los periféricos poniendo a nivel bajo el terminal del “micro” correspondiente a INT1. Interrupción externa 2 (INT2): la interrupción es solicitada por los periféricos poniendo a nivel bajo el terminal del “micro” correspondiente a INT2. Interrupción TIMER0 (INT TIMER0): interrupción solicitada por el TIMER0 para indicar fin de temporización o fin de cuenta si está trabajando como contador de impulsos. Interrupción TIMER1 (INT TIMER1): interrupción solicitada por el TIMER1 para indicar fin de temporización o fin de cuenta si está trabajando como contador de impulsos. Interrupción Puerto Serie (INT UART): interrupción solicitada por el puerto serie.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA OSCILADOR EXTERNO DE FRECUENCIA 12 MHZ (CLK) El oscilador externo marca la velocidad a la que puede trabajar la CPU. A mayor frecuencia del oscilador mayor velocidad de la CPU. En la actualidad los microcontroladores pueden funcionar con frecuencias de hasta 100 MHZ, como por ejemplo un ordenador PENTIUM100. Los osciladores pueden ser cristales de cuarzo que generan una onda cuadrada de una determinada frecuencia al ser alimentados con corriente eléctrica.

Conexionado de un oscilador de cuarzo a un micro 8051

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BUS DE DATOS Y BUS DE DIRECCIONES Un “bus” se define como un conjunto de líneas por donde van a circular datos de n bits en paralelo (n = 0,1,.., 8, .., 16, ..). Dependiendo del tipo de información que transporte el “bus” existen dos tipos: BUS DE DATOS: por las líneas del “bus” circulan datos que proceden de periféricos de entrada o datos que, procedentes del microcontrolador, se dirigen a periféricos de salida

Esquema gráfico del Bus de Datos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA -

BUS DE DIRECCIONES: por las líneas de este “bus”, el microcontrolador selecciona en cada momento el periférico sobre el que desea trabajar. Cada periférico tiene una “dirección determinada”, esta dirección es una combinación de ceros y unos (código binario) tantos como líneas de direcciones tenga.

Esquema gráfico del Bus de Direcciones

Hay periféricos, como es el caso de memorias RAM, que no sólo tienen una dirección, sino que tienen tantas direcciones como posiciones de memoria desee el micro leer. La memoria RAM tiene una capacidad de 8 Kbytes, es decir, tiene 8.192 celdas de memoria en cada una de las cuales puede haber un dato binario distinto. Con 15 líneas de direcciones el “micro” puede direccionar cada una de las 8.000 celdas de memoria de una manera independiente. 215 = 8.192 posiciones o celdas de memoria. Las direcciones abarcan desde: 000 0000 0000 0000b A 111 1111 1111 1111b Por el “bus” de direcciones el microcontrolador selecciona la dirección de memoria RAM que necesita, en ese momento el periférico no seleccionado se “desconecta” internamente de las líneas que componen el “bus” de datos. Mediante las señales de control RD y WR, el “micro” da las ordenes al periférico seleccionado para que sitúe en el bus de datos el dato pedido. En la memoria EPROM está grabado el programa en lenguaje ensamblador que ejecuta el microcontrolador. A través de la patilla de control PSEN la CPU da la orden a la memoria EPROM para que sitúe en el bus de datos la instrucción que debe ejecutar. Esta lectura es posible porque la patilla EA está puesta a masa, y el micro va a leer el programa a memoria externa de programas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PATILLAJE Y DESCRIPCIÓN DE TERMINALES El microcontrolador 8051 está compuesto por un total de 40 terminales o patillas. La descripción de cada terminal es la siguiente:

Patillaje del microcontrolador 8051

-

Vcc: terminal por el que se alimenta al microcontrolador con una tensión de 5 voltios. Vss: terminal por el que se alimenta al microcontrolador con una tensión de 0 voltios. P0.0 - P0.7: son las patillas que componen el PUERTO 0. Por cada uno de los terminales va a ir cada uno de los bits que forman un dato codificado en binario de 8 bits.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La situación de cada dígito del dato en binario de entrada se muestra a continuación: A0 = P0.0

A4 = P0.4

A1 = P0.1 A2 = P0.2

A5 = P0.5 A6 = P0.6

A3 = P0.3

A7 = P0.7

El PUERTO 0 además de dar cobertura al “bus “ de datos, puede actuar también dando cobertura a las 8 líneas de menor peso del bus de direcciones (A0 - A7). - P1.0 - P1.7: son las patillas que componen el PUERTO 1. Por cada uno de los terminales va a ir cada uno de los bits que forman un dato codificado en binario de 8 bits. La situación de cada dígito del dato en binario de entrada se muestra a continuación:

-

A0 = P1.0 A1 = P1.1 A2 = P1.2

A4 = P1.4 A5 = P1.5 A6 = P1.6

A3 = P1.3

A7 = P1.7

P2.0 - P2.7: son los terminales que componen el puerto 2. Los datos entran de igual manera que en el puerto 0 y 1. Puede dar cobertura al “bus” de direcciones proporcionándole las 8 líneas de mayor peso (A8 - A15). P3.0 - P3.7: son los terminales que forman el puerto 3. El puerto 3 puede funcionar de dos posibles maneras: o Como Puerto de lectura: su comportamiento, a nivel de terminales, es similar que el puerto 0, 1 y 2. El dato binario se lee a través de las patillas de la P3.0 hasta la patilla P3.7. o Como Puerto Multifuncional: utilizando los terminales del puerto 3, no como un bloque de lectura de 8 bits P3.0 a P3.7 sino como un conjunto de terminales independientes unos de otros, se consigue un funcionamiento del puerto “a nivel de pin” (a nivel de terminal).

Cada terminal tiene una función concreta y que no depende del Estas funciones son: -

resto de terminales.

P3.0: terminal utilizado por el puerto serie del microcontrolador para recibir datos vía serie. Es también denominado terminal RXD. P3.1: terminal utilizado por el puerto serie del microcontrolador para transmitir datos vía serie. Es también denominado terminal TXD. P3.2: señal por la que la CPU es interrumpida externamente por un periférico. Da cobertura a la señal de interrupción externa INT0. P3.3: señal por la que la CPU es interrumpida externamente por un periférico. Da

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MANUAL DE ELECTRÓNICA cobertura a la señal de interrupción externa INT1. P3.4: terminal por el que van a entrar los impulsos de contaje al TIMER0 si está funcionando en modo contador. P3.5: terminal por el que van a entrar los impulsos de contaje al TIMER1 si está funcionando en modo contador. P3.6: patilla de control en la escritura de memorias RAM externas al microcontrolador. Es denominada patilla o terminal WR (escritura = WRITE). P3.7: patilla de control en la lectura de memorias RAM externas al microcontrolador. Es denominada patilla de lectura RD (lectura = READ). EA: la función básica de esta patilla es la de informar a la CPU de la localización del programa que debe ejecutar. El programa puede estar situado en la memoria de programa interna ROM de 4 Kbytes, o puede estar localizado en una pastilla de memoria de programa EPROM externa al integrado del microcontrolador. Si la patilla EA es puesta a nivel bajo, la CPU localiza el programa externamente al “micro” y extrae las instrucciones del programa en la EPROM externa. Si la patilla EA está a nivel alto ejecuta instrucciones grabadas en la memoria ROM interna de 4Kbytes. Normalmente esta patilla está conectada a nivel bajo o cero voltios porque es más cómodo cambiar los datos de una memoria EPROM de lectura que de una memoria ROM. En las centralitas del automóvil suelen ir grabados en una memoria EPROM el programa a ejecutar por el microcontrolador y las tablas tridimensionales sobre las que opera el sistema de control. Si por cualquier circunstancia el mapa hay que modificarlo, simplemente quitando la pastilla de memoria EPROM y volviendo a grabar los nuevos datos correctos se solucionaría el problema. -

-

-

PSEN: terminal por el que sale una señal de sincronización entre la CPU y la memoria EPROM de programa, con EA a nivel bajo, para la lectura de instrucciones y datos de tablas grabados. Se puede considerar que es la señal de lectura RD de la memoria EPROM. ALE: señal de sincronismo utilizada para direccionar el periférico con el que se quiere trabajar. RESET: señal de inicialización del micro. Cuando ponemos en este terminal un nivel bajo se deja de ejecutar cualquier programa y se empieza de nuevo por la primera instrucción del programa. XTAL1 y XTAL2: terminales de conexión del oscilador al microcontrolador.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MÓDULOS COMERCIALES La siguiente tabla referencia todos los microcontroladores de la familia del 8051 (MCS51) con sus características principales:

MICRO

ROM

RAM

8051AH 8031AH 8751H

4 KB --4 KB (EPROM) 4 KB ---

80C51B H 80C31B H 87C51

4 KB (EPROM) 8052AH 8 KB 8032AH --8752BH 8 KB (EPROM) 83C152 8 KB 83C51FA 8 KB X51FA 8 KB (EPROM) 83C51FB 16 KB 87C57FB 16 KB (EPROM)

PUERTO E/S 4 2 4

INT

128 B 128 B 128 B

FRECUENCIA TIMERS PUERTO SERIE 12 MHZ 2 1 UART 12 MHZ 2 1 UART 12 MHZ 2 1 UART

128 B

16 MHZ

2

1 UART

4

5

128 B

16 MHZ

2

1 UART

2

5

1800 B 12 MHZ

2

1 UART

4

5

256 B 256 B 256 B

12 MHZ 12 MHZ 12 MHZ

3 3 3

1 UART 1 UART 1 UART

4 2 4

6 6 6

256 B 256 B 256 B

16 MHZ 16 MHZ 16 MHZ

2 4 4

1 UART 1 UART 1 UART

5 4 4

11 7 7

256 B 256 B

16 MHZ 16 MHZ

4 4

1 UART 1 UART

4 4

7 7

5 5 5

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