PRÁCTICA 6


Nombre de la práctica: Decodificador BCD a 7 segmentos y Codificador de Prioridad.


Objetivo de la práctica: Comprobar en el laboratorio el funcionamiento del decodificador BCD de 7 segmentos y el codificador de prioridad 74LS147.


Duración: 2 horas.


Material necesario:

Una fuente de voltaje de 5V
2 DIP de 8 entradas y uno de 4 entradas
4 diodos emisores de luz (LED) (no importa el color)
16 resistencias de 470 ohms y dos de 220 ohms
1 tablillas de conexiones (protoboard)
Los siguientes
circuitos integrados o equivalentes:

Dos 74LS04, un 74LS147 y un 74LS47

Un exhibidor (display) de 7 segmentos   de ánodo común
Alambre para conexiones
.
Manual ECG Semiconductors


Autores Teléfono: 5729-6000
Prof. M. en C. Salvador Saucedo Flores extensión: 54632
Prof. Ing. Pablo Fuentes Ramos extensión: 54326
Alumno PIFI: Eduardo Flores Mejía extensión: 54632

DECODIFICADORES/MANEJADORES DE BCD A 7 SEGMENTOS

figura 6-1 pract 6.gif (8858 bytes)     Muchas presentaciones numéricas en dispositivos de visualización utilizan una configuración de 7 segmentos, Figura 6.1 (a), para formar los caracteres decimales del 0 al 9 y algunas veces los caracteres hexadecimales de A a F. Cada segmento está hecho de un material que emite luz cuando se pasa corriente a través de él. Los materiales que se utilizan mas comúnmente incluyen diodo emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) y filamentos incandescentes. La Figura 6.1 (b), muestra los patrones de segmento que sirven para presentar los diversos dígitos. Por ejemplo, para el dígito 6 los segmentos c, d, e, f y g se encienden, en tanto que los segmentos a y b se apagan.

    Se utiliza un decodificador/manejador a 7 segmentos para tomar una entrada BCD de 4 bits y dar salidas que pasarán corriente a través de los segmentos indicados para presentar el dígito decimal. La lógica de este decodificador es más complicada que las que se analizaron anteriormente, debido a que cada salida es activada por mas de una combinación de entrada. Por ejemplo, el segmento e debe ser activado para cualquiera de los dígitos 0, 2, 6 y 8, lo cual significa que cuando cualquiera de los códigos 0000, 0010, 0110 o bien 1000 ocurra.

decodif bcd a 7 segmentos pract 6.gif (21582 bytes)     La Figura 6.2 (a) muestra un decodificador/manejador de BCD a 7 segmentos (TTL 7446 o 7447) que se utiliza para menejar una presentación LED de 7 segmentos. Cada segmento consta de uno o dos LED. Los ánodos de los LED están todos unidos a Vcc (+5V). Los cátodos de los LED están conectados a través de resistencia limitadoras de corriente a las salidas adecuadas del decodificador / manejador. Éste tiene salidas activas en BAJO que son transistores menejadores de colector abierto que pueden dispar una corriente bastante grande. Esto se debe a que las presentaciones LED pueden requerir 10mA a 40mA por segundo, según su tipo y tamaño.

    Para ilustrar la operación de este circuito, suponer que la entrada BCD es A=0, B=1, C=0 y D=1, que es 5 en BCD. Con estas entradas las salidas del decodificador/manejador a', f', g', c' y d' serán llevadas al estado BAJO (conectadas a tierra), permitiendo que fluya corriente a través de los segmento LED a, f, g, c y d, presentando con esto el número 5. Las salidas b' y e' serán ALTAS (abiertas); así que los segmentos LED b y e no enciendan.

figura 6-2 (b) pract 6.gif (6143 bytes)Los decodificadores/manejadores 7446 y 7447 están diseñados para activar segmentos específicos aún de códigos de entrada mayores de 1001 (9). La Figura 6.2 (b) nuestra cuáles segmentos son activados para cada uno de los códigos de entrada de 0000 a 1111 (15). Notar que un código de entrada de 1111 borrará todos los segmentos.

    La presentación visual LED que se utiliza en la Figura 6.2 es un tipo de ánodo común, donde los cátodos de cada segmento se interconectan y se conectan a tierra. Este tipo de presentación visual tiene que ser manejada por un decodificador/manejador de datos BCD a 7 segmentos con salidas activas en ALTO que apliquen un voltaje alto a los ánodos de aquellos segmentos que vayan a ser activados.


EJEMPLO: Las condiciones normales de operación de cada segmento de un dispositivo de representación visual de 7 segmentos basado en LED, son 10mA a 2.3 V. Calcular el valor del resistor limitador de corriente necesario para producir una corriente aproximadamente igual a 10mA para cada segmento.


SOLUCIÓN

Refiriéndonos a la Figura 6.2, podemos apreciar que la resistencia en serie tendrá una caída de voltaje igual a la diferencia entre Vcc=5V y el voltaje del segmento de 2.3V.Este voltaje 2.3V que atraviesa la resistencia debe producir una corriente de 10mA, por lo tanto, se tiene:

RS = 2.3V/10mA = 230 ohms

    Se puede utilizar una resistencia de valor estándar en la proximidad de éste. Una resistencia de 220ohms sería una elección adecuada.

    A continuación se presenta el circuito topológico para el decodificador.

cto topolog del decodificador pract 6.gif (15582 bytes)


CODIFICADORES

    Un decodificador acepta un código de entrada de N bits y procede a un estado ALTO (o BAJO) en una y sólo una línea de salida. En otras palabras, podemos decir que un decodificador identifica, reconoce o bien detecta un código específico. Lo opuesto a este proceso de decodificación se denomina codificación y es realizado por un circuito lógico que se conoce como codificador. Un codificador tiene varias líneas de entrada, sólo una de las cuales se activa en un momento dado y produce un código de salida de N bits, según sea la entrada que se active.

    Ya se mencionó que un decodificador de binario a octal (o decodificador de 3 a 8 líneas) acepta como entrada un código de 3 bits y activa una de las 8 líneas de salida que corresponda al código. Un codificador de octal a binario (o codificador de 8 a 3 líneas) lleva a cabo la función opuesta; acepta 8 líneas de entrada y produce un código de salida de 3 bits que corresponde a la entrada activa. La Figura 6.3 muestra  la tabla de funcional y la lógica del circuito para un codificador de octal a binario con entradas activas en BAJO.

cto logico codificador octal a binario pract 6.gif (15709 bytes)

 

ENTRADAS SALIDAS
A'0 A'1 A'2 A'3 A'4 A'5 A'6 A'7 O2 O1 O0
x
x
x
x
x
x
x
x
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0

1
1
1
1
0
0

1
1
0
0

1
1
0
1
0
1
0
1
0
1

 

Figura 6.3. Circuito lógico correspondiente a un codificador de octal a binario (de 8 a 3 líneas)

    Al estudiar la lógica del circuito, se puede verificar que un nivel BAJO en cualquiera de las entradas producirá como salida el código binario correspondiente a la entrada. Por ejemplo, un estado BAJO en A'3 (mientras las demás entradas permanecen en ALTO) dará como resultado O2=0, O1=1 y O0=1, que es el código binario correspondiente a 3. Note que A'0 no está conectada a las compuertas lógicas porque las salidas del codificador normalmente son 000 cuando ninguna de las entradas, desde A'1 hasta A'7, se encuentran en el estado BAJO.


EJEMPLO: Determine las salidas del codificador de la Figura 6.3 cuando A'3 y A'5 se encuentran en estado BAJO al mismo tiempo.


SOLUCIÓN

   Al hacer el seguimiento por las compuertas lógicas, se observa que los estados BAJOS en estas dos entradas producen estados ALTOS en cada una de las correspondientes salidas; en otras palabras el código binario 111. Es evidente que éste no es el código correspondiente a ninguna de las entradas que fueron activadas.


CODIFICADORES DE PRIORIDAD

    El último ejemplo señala un problema con el circuito codificador de la Figura 6.3, cuando se activa más de una entrada al mismo tiempo. Existe otra versión de este circuito, denominada codificador de prioridad, que incluye la lógica necesaria para asegurar que cuando dos o más entradas sean activadas al mismo tiempo, el código de salida corresponda al de la entrada que tiene asociado el mayor valor de los número. Por ejemplo, cuando A'3 y A'5 se encuentran en BAJO, el código de salida es 101 (5). De manera similar. cuando A'6, A'2 y A'0 están todas en BAJO, el código de salida es 110 (6). Los circuitos integrados 74148, 74LS148 y 74HC148 son todos decodificadores de prioridad de octal a binario.


Codificador de prioridad de decimal a BCD 74147. La Figura 6.4 muestra el símbolo lógico y la tabla de verdad para el 74147 (74LS147 y 74HC147),  el cual funciona como un codificador de prioridad de decimal a BCD.

figura 6-4 pract 6.gif (10255 bytes)

ENTRADAS SALIDAS
A'1 A'2 A'3 A'4 A'5 A'6 A'7 A'8 A'9 O'3 O'2 O'1 O'0
1
x
x
x
x
x
x
x
x
0
1
x
x
x
x
x
x
x
0
1
1
x
x
x
x
x
x
0
1
1
1
x
x
x
x
x
0
1
1
1
1
x
x
x
x
0
1
1
1
1
1
x
x
x
0
1
1
1
1
1
1
x
x
0
1
1
1
1
1
1
1
x
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

0
0
0
0

1
1
1
1
1
1

0
0

1
1

0
0

1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0

 

Figura 6.4. Codificador de prioridad de decimal a BCD

    El circuito tiene 9 líneas activas en BAJO que representan los dígitos desde 1 hasta 9, y produce como salida el código BCD negado, correspondiente a la entrada activa que tiene el mayor número.

    A continuación se examina la tabla de verdad para averiguar cómo funciona este circuito. La primera línea de la tabla muestra todas las entradas en sus estados inactivos, ALTO. Para esta condición la salida es 1111, que es el negado del código 0000, que en BCD corresponde a 0. El segundo renglón de la tabla señala que un estado BAJO en A'9, sin importar el estado de las demás entradas, produce como salida el código 0110 mismo que de nuevo, corresponde al código BCD para el 9 negado. El tercer renglón muestra que un BAJO en A'8, siempre y cuando A'9 se encuentre en ALTO, produce como código de salida 0111, que es el negado de 1000, el código BCD para 8. De manera similar los demás renglones de la tabla señalan que un estado BAJO en cualquier entrada, siempre y cuando las demás entradas que tengan una numeración mayor se encuentren en ALTO, produce como salida el código BCD negado para dicha entrada.

    Las salidas del 74147 normalmente se encuentran en el estado ALTO cuando ninguna de las entradas está activa. Esto corresponde a la condición de entrada 0 decimal. No existe una entrada A'0 porque el codificador supone que la entrada es 0 cuando todas las demás entradas están en estado ALTO. Las salidas negadas del 74147 pueden convertirse a BCD normal conectando cada una de ellas a un inversor.


figura 6-5 pract 6.gif (20176 bytes)    CODIFICADOR INTERRUPTOR. La Figura 6.5 muestra la forma en que puede usarse un 74147 como codificador interruptor. Los 10 interruptores podrían ser los interruptores del teclado de una calculadora que presenten los dígitos del 0 al 9. Los interruptores son del tipo normalmente abiertos, de manera que las entradas del codificador son todas ALTAS y la salida BCD es 0000 (nótense los inversores). Cuando se presiona la tecla de un dígito, el circuito producirá el código BCD para ese dígito. Como el 74147 es un codificador de prioridad, oprimir teclas simultáneas producirán el código BCD sólo para la tecla con numeración mayor.

    En el circuito topológico del codificador, mostrado en la siguiente figura, el número de cada canal del DIP (decimal) es el número que se debe mostrar en binario en los LED.

cto topologico del codificador pract 6.gif (18627 bytes)

diagrama codificador 74ls147 pract 6.gif (12626 bytes)


PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

  1. Armar los dos circuitos topológicos anteriores.
  2. Comprobar en el circuito del decodificador todas las combinaciones de los segmentos del exhibidor (display).
  3. Comprobar en el circuito del codificador que el número decimal que contiene cada canal del DIP, al ir cerrando uno por uno, debe ser equivalente a la cantidad binaria mostrada en los LED.

CUESTIONARIO

  1. ¿Qué entiendes por decodificador?
  2. ¿Qué segmentos se encienden en el exhibidor con las siguientes combinaciones: 1010, 1100, 1111 y 1110, en el circuito del decodificador?
  3. ¿Qué entiendes por codificador?
  4. ¿Qué cantidad binaria muestran los LED si cierras los canales 4 y 8 del DIP en el circuito del codificador? ¿Por qué?
  5. ¿Qué entiendes por prioridad?
  6. ¿Qué sucede en los exhibidores si desconectas una de sus dos resistencias?
  7. ¿Qué sucede si desconectas las dos resistencias de un exhibidor?
  8. Respecto al exhibidor ¿qué entiendes por ánodo común? y ¿por cátodo común?
  9. ¿Qué usos le podrías dar al decodificador?
  10. ¿Qué usos lo podrías dar al codificador?