Circuitos Decodificadores

Existen diferentes tipos de decodificadores, tienen en común que reciben un valor ya sea en binario o algún otro código como BCD (Binary-Coded Decimal) y lo “decodifican” para simplificar su manejo. Los decodificadores que reciben un valor en binario lo pueden decodificar a decimal por ejemplo, para ello, cuentan con una salida para cada una de las posibles entradas que se puedan presentar.

Decodificadores Binarios

Esos decodificadores tienen “n” entradas y “m” salidas, tiene una salida para cada una de las combinaciones posibles en la entrada binaria de “n” bits, por lo tanto m = 2ⁿ

La idea de estos decodificadores es que solo una de sus salidas se activa a la vez, que sería la salida correspondiente al valor binario a la entrada, por ejemplo si se tiene un 011 binario en la entrada, la salida activa sería la salida O₃, para un 100 binario en la entrada, la salida activa sería la O₄ .

Para un decodificador de 3 bits de entrada, se tendrían entonces 8 salidas (2³ = 8) desde la salida O₀ a O₇. Un ejemplo de tabla de verdad para un decodificador de 3 bits sería

En esta tabla de verdad se puede apreciar que solo una salida tiene un valor de 1 mientras el resto está en 0, dependiendo del valor binario en la entrada. Si convertimos el valor binario de la entrada en decimal, se obtendría la salida activa.

Internamente cómo funcionan?, se puede ver que utilizan un arreglo de compuertas lógicas básicas AND y NOT como en el ejemplo siguiente, que es un decodificador binario de 2 bits de entrada y por lo tanto 4 salidas, de la salida O₀ a la O₃.

En este ejemplo, las líneas verdes representan un valor lógico de 0 (LOW), mientras que las líneas rojas un valor lógico de 1 (HIGH), según la tabla de verdad para este ejemplo de 2 bits, se puede apreciar que cuando las dos entras A y B están en cero, la salida activa es la salida 0 y así dependiendo el valor binario a la entrada:

En las siguientes imágenes se puede ver con detalle los diferentes casos y recordando que las compuertas AND solo arrojan una salida en ALTO cuando todas sus entradas están en ALTO, cuando se tiene un A = 0 y B = 0, la única compuerta que cumple la condición es la Salida 0, para cada una de las combinaciones de entrada, solo una salida se activará a la vez.

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Circuitos decodificadores (74LS138)

Existen circuitos que ya implementan las conexiones internas necesaria para funcionar como decodificadores binarios como el 74LS138 que tiene 3 bits de entrada (A₀, A₁ y A₂) y 8 bits de salida (O₀ – O₇ ). Cuenta también con 3 pines de entrada para habilitar (E₁, E₂ y E₃) el circuito como se muestra en el siguiente diagrama:

Se trata de un circuito integrado de 16 pines que tiene 8 salidas y como se puede apreciar en las imágenes, tiene las salidas negadas, y para poder operar normalmente, requiere que sus entradas de habilitación E₁, E₂ y E₃ estén conectadas con una combinación de 0, 0, 1 respectivamente como se muestra en su tabla de verdad:

Si una de las entras de habilitación (E) no cumple con la condición de 0, 0, 1, entonces el circuito no responderá a sus entradas, arrojará todas sus salidas en ALTO. Por el contrario, si el circuito se habilita correctamente, considerará las entras A₀, A₁ y A₂ para definir cual de sus salidas se activará (en este caso se colocará en L por tener las salidas negadas).

Este circuito se considerar MSI (Escala de Integración Media) porque contiene internamente un mayor número de compuertas lógicas que las simples compuertas AND, OR, NAND, NOR, etc, que suelen contar con únicamente 4 compuertas lógicas. En la siguiente imagen se puede ver la conexión que hace funcionar al 74LS138:

La razón de tener 3 entradas de habilitación se explica porque están diseñadas para unir más de un circuito 74LS138, con el fin de aumentar el número de entradas y salidas del decodificador binario, en el siguiente ejemplo se logra un decodificador de 5 bits de entrada y por lo tanto 32 salidas:

Si recordamos que para que cualquiera de estos 4 circuitos 74LS138 comience a funcionar se debe cumplir que sus entradas de habilitación tengan un 0, 0, 1, la forma en que está hecho este arreglo permite que solo un circuito se habilite a la vez. Otro detalle a ver es que las entradas A₀, A₁ y A₂ llegan por igual a los 4 circuitos. Se requiere adicionalmente una compuerta NOT (74LS04) como se aprecia en el diagrama.

En este último ejemplo, si consideramos una entrada binaria de 10110₂, podemos ver que el único circuito que cumple con la combinación correcta en sus entradas de habilitación es el tercero, por lo que será el circuito que trabajará normalmente, mientras los demás no considerarán sus entradas. El tercer circuito recibe entonces A₀ = 0, A₁ = 1 y A₂ = 1, donde A₀ es el bit menos significativo (LSB) y A₂ es el bit más significativo (MSB), esto quiere decir que el valor binario corresponde a 110₂ = 6 en decimal, de este modo, la salida 6 del tercer circuito es la elegida. Si vemos el valor binario en la entrada 10110₂ es igual a 22 en decimal, que finalmente es la salida elegida de entre las 32 posibles salidas. De este modo es que funcionan los 4 74LS138 como un solo decodificador de 32 salidas.

A manera de ejemplo, así sería la conexión básica de un 74LS138 en una protoboard, donde se conectan las 3 entradas a interruptores y las entradas de habilitación se deben establecer en E₁ = 0, E₂ = 0 y E₃ = 1 como indican sus especificaciones para que comience a operar. Las 8 salidas conectadas a LED’s para ver su estado:

Este archivo de simulación está disponible para su descarga aquí. Para obtener el simulador y ver cómo funciona, en el siguiente enlace:

Puede servir como práctica intentar tu propia implementación.

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