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4. CIRCUITOS LGICOS MSIELECTRNICA DIGITALELECTRNICA DIGITAL
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CIRCUITOS LGICOS MSIMedium Scale Integration o Integracin a
Media Escala.
Circuitos integrados que contienen entre 10 y 100 puertas
equivalentes a 100 y 1000 transistores. Empleados en general para
circuitos estndar.
Contienen bloques lgicos un poco ms complejos que las puertas
simples, tales como:
DECODIFICADORES, CODIFICADORES, MULTIPLEXORES, DEMULTIPLEXORES
COMPARADORES, SUMADORES Y UNIDADES LOGICAS ARITMETICAS ,
CONVERTIDORES DE CODIGOS , BUS DE DATOSELECTRNICA DIGITAL
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DECODIFICADORES El decodificador es un circuito lgico que acepta
un conjunto de entradas, representa un numero binario y solo activa
la salida que corresponde a ese numero de entrada.
Un circuito decodificador analiza el numero binario que esta al
ingreso y activa la(s) salida(s) que corresponde a ese numero ,el
resto de salidas permanecen inactivas.
Diagrama general del Decodificador.ELECTRNICA DIGITAL
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Decodificador 1 de 8 : 74LS138
Decodificador 1 de 4 : 74 LS139
Decodificador BCD a Decimal o 1 de 10 Decoder: 74LS42
Decodificador/ Driver BCD a Decimal o 1 de 10 con salidas a
colector abierto : 74LS45ELECTRNICA DIGITALDECODIFICADORES
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Decodificador de 3 lneas a 8 lneas (1 de 8) ELECTRNICA
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Decodificador de 3 lneas a 8 lneas (1 de 8) ELECTRNICA
DIGITAL
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Decodificador 74LS138ELECTRNICA DIGITAL
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ELECTRNICA DIGITALDiagrama lgico para el decodificador
74ALS138Decodificador 74LS138
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Diagrama lgico de aplicacin para el decodificador
74ALS138ELECTRNICA DIGITALDecodificador 74LS138
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Decodificador 74LS138ELECTRNICA DIGITAL
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Tambin esta disponible como 74LS42 y 74HC42.
Una salida pasa a BAJO solo cuando en el ingreso existe un cdigo
BCD correspondiente
ELECTRNICA DIGITALDecodificador BCD a Decimal 74LS42, 1 de
10
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Decodificador BCD a Decimal 74LS42, 1 de 10ELECTRNICA
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Decodificador /Driver BCD a Decimal 74LS45El termino driver se
agrega porque este circuito integrado tiene salidas a colector
abierto que pueden operar con limites de corriente y voltajes
mayores que en una salida TTL normal.
La funcin lgica del 74LS45 es la misma que del 74LS42, vara solo
su capacidad de corriente.
ELECTRNICA DIGITALLas salidas de 7445 pueden recibir hasta 80mA
en BAJO y pueden ascender hasta 30V en el estado ALTO
Adecuadas para manejar de manera directa cargas de LEDs lmparas,
rels o pequeos motores de corriente dc.
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Decodificador /Driver BCD a Decimal 74LS45ELECTRNICA DIGITAL
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Decodificador /Driver BCD a Decimal 74LS45ELECTRNICA DIGITAL
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Aplicaciones del Decodificador.Se emplean cuando una salida o un
grupo de estas se deban activar solo cuando ocurra una combinacin
especifica de niveles de entrada.
Estos niveles de entrada a menudo lo proporcionan las salida de
un contador o de un registro.
Cuando las entradas de un decodificador provienen de un contador
que esta cambiando de manera continua, las salidas del
decodificador se activan en forma secuencial y se pueden emplear
como seales de sincronizacin para encender o apagar dispositivos en
tiempos especficos.
Los decodificadores se emplean ampliamente en el sistema de
memoria de una computadora, donde responden al cdigo de direccin
que genera el procesador central para activar una memoria en
particular.ELECTRNICA DIGITAL
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Decodificadores - Manejadores de BCD a 7 segmentos.BCD to 7
segmentos Decoder / Driver O.C ,V = 30 V, 40 mA : 74LS 46
BCD to 7 segmentos Decoder / Driver O.C ,V = 15V, 24 mA : 74LS
47 y LS 247.
BCD to 7 segmentos Decoder : 74LS 48 , 74LS 248.
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Visualizadores LEDnodo comn vs. ctodo comnVisualizadores LED
tipo nodo comn, todos los nodos pueden estar conectados a Vcc, para
encenderlos se requiere de un manejador o decodificador que cierre
esa corriente hacia tierra.Una salida activa a cero (74LS46 74LS47
), normalmente la corriente es de unos 10 mA a 20 mA.
Visualizadores LED tipo Ctodo comn, todos los ctodos pueden
estar conectados a tierra, para encenderlos se requiere de un
manejador o decodificador que suministre la corriente.Necesita que
la salida sea activa a uno y capaz de suministrar la corriente de
unos 10 mA a 20 mA, por lo que es imposible hoy en da , no se usan
dispositivos TTL CMOS para manejar o encender directamente un
visualizador a CATODO COMN.
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Visualizadores LEDnodo comn vs. ctodo comnELECTRNICA DIGITAL
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Visualizador de Cristal Lquido.En los LCDs reflejantes se usa la
luz ambiente o solar, En otros casos cuando no es posible se adapta
una luz posterior o interna mediante pequeas fuentes que
proporcionan luz, como Leds , lmparas, etc (Back light).Los LCDs se
utilizan como pantallas numricas de 7 segmentos, mdulos
alfanumricosOtro modo de operacin es el control de los puntos
individuales de una pantalla denominado pixeles, construidos como
fila-columna cuyas lneas de control se exploran a gran
velocidadELECTRNICA DIGITAL
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Visualizador de Cristal Lquido.Pueden controlar la cantidad de
luz y el brillo, mediante un nmero binario que se almacena en la
memoria de video, cada pixel a color est compuesto por tres
subpixeles que controlan la luz a travz de un filtro rojo,verde o
azul.Los LCD de matriz activa significa, que cada pixel est
controlado por un transistor de pelcula delgada (TFT).El
controlador para estas pantallas es un circuito VLSI muy
complicado.Hoy en da se ha sustituido el LCD por tecnologa
electroluminicente, mediante LEDs, pero el sistema digital para
controlar la cantidad de luz por pixel es el mismo
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ELECTRNICA DIGITALNUEVOS LCDSLas pantallas ms nuevas se
denominan pantallas LCD de matriz activa TFT.
La matriz activa significa que un elemento activo en la pantalla
se utiliza para cambiar los pxeles de encendido y apagado.
El componente activo es un transistor de pelcula delgada (TFT)
que se fabrica directamente sobre una pieza de vidrio.
La otra pieza de vidrio tiene una capa uniforme para formar un
plano posterior.
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Nuevos LCDsELECTRNICA DIGITALLas lneas de control para estos
transistores se ejecutan en filas y columnas entre los pxeles.
Proporcionan un mucho ms rpido de respuesta, de mayor resolucin
display.
El uso de la tecnologa de polisilicio permite a los circuitos de
excitacin a integrarse en la unidad de visualizacin, lo que reduce
los problemas de conexin y que requiere muy poco espacio perimetral
alrededor de la pantalla LCD.
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DATA SHEETS RECOMENDADOSELECTRNICA
DIGITAL74ALS13874HC13874LS4274HC4274LS4574LS24974LS15474LS4674LS4774HC451174HC4543ndice
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CODIFICADORES Un codificador tiene un nmero de lneas de entrada
de las cuales solo una se activa en un tiempo determinado y produce
un cdigo de salida de N bits, dependiendo de cual entrada se
active.
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Codificador de Octal a Binario.ELECTRNICA DIGITAL
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Codificador de Decimal a BCD 74147ELECTRNICA DIGITAL
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Codificador Prioritario Un 74147 se puede utilizar como
codificador interruptor.Los interruptores son de tipo abierto de
modo que las entradas del codificador son ALTAS y la salida BCD es
0000. ELECTRNICA DIGITALLa operacin simultanea de teclas producir
el cdigo BCD de la tecla con el numero mayor.
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DATA SHEETS RECOMENDADOSELECTRNICA DIGITAL
74LS14774LS14874HC148ndice
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MULTIPLEXORLlamado tambin selector de datos, selecciona una de
varias seales de entrada y la enva a la salida.La seleccin de una
entrada se realiza mediante un SELECT (llamadas entradas de
seleccin).El multiplexor acta como un interruptor de posiciones
mltiples controlado digitalmente donde el cdigo digital aplicado a
las entradas de SELECT seleccionar que entrada de datos pasar a la
salida.
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MULTIPLEXOR BSICO DE DOS ENTRADASELECTRNICA DIGITALEl nivel
lgico aplicado a las entrada S determina que entrada AND se
habilita de modo que su entrada de datos pase por la compuerta OR
hacia la salida.
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MULTIPLEXOR DE CUATRO ENTRADASHay cuatro entradas que se
transmiten selectivamente a la salida de acuerdo a las cuatro
combinaciones posibles de las entradas de SELECT ( S0 , S1 )Cada
entrada esta controlada por compuertas con una combinacin diferente
de niveles de SELECT de entrada.ELECTRNICA DIGITAL
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MULTIPLEXOR DE OCHO ENTRADAS(74ALS151 Y 74HC151)Este multiplexor
tiene una entrada de ENABLE activa a cero y dos salidas una normal
y la otra negada.ELECTRNICA DIGITAL
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MUX CUDRUPLE DE DOS ENTRADAS(74ALS155/HC157)Es un circuito
integrado multiplexor muy til que contiene cuatro multiplexores de
dos entradas ELECTRNICA DIGITAL
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APLICACIONES DE LOS MULTIPLEXORESTienen numerosas y variadas
aplicaciones en sistemas digitales de todo tipo, entre estas:
La SELECT de datos Enrutamiento de datos Secuencia de
operaciones Conversin de paralelo a serialGeneracin de forma de
ondasGeneracin de funciones lgicasELECTRNICA DIGITAL
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ENRUTAMIENTO DE DATOSELECTRNICA DIGITALLos multiplexores pueden
enrutar datos desde una de varias fuentes a un destino.
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CONVERSIN PARALELO SERIALLos datos binarios en forma paralela en
ocasiones es necesario convertirlos en forma serial para evitar el
numero de lneas de trasmisin, para esto se utiliza un
multiplexor
ELECTRNICA DIGITALCada vez que se cumple un ciclo de reloj
completo, pasa a la salida un bit.
En este caso, el proceso de conversin tiene un total de ocho
ciclos de reloj.
Tenga en cuenta que X0 (LSB) se transmite primero y el X7 (MSB)
se transmite al final.
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SECUENCIA DE OPERACIONESELECTRNICA DIGITALMediante los
multiplexores podemos controlar un proceso.
El circuito de la figura utiliza un multiplexor de ocho de
entradas como parte de un secuenciador de control de pasos a travs
de siete pasos.
El control de cada paso acciona una parte del proceso fsico
Esto podra ser, por ejemplo, un proceso que mezcla dos
ingredientes lquidos y luego de la mezcla un circuito de
cocina.
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GENERACIN DE FUNCIONES LGICAS
Los multiplexores se pueden utilizar para implementar funciones
lgicas de manera directa a partir de una tabla de verdad sin que se
necesite la simplificacin.Las entradas de SELECT se emplean como
variables lgicas, cada entrada de datos e conecta de manera
permanente en ALTO o en BAJO segn sea necesario para satisfacer la
tabla de verdadELECTRNICA DIGITAL
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DATA SHEETS RECOMENDADOSELECTRNICA DIGITAL
74ALS15174HC15174ALS15774HC157
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DEMULTIPLEXORES (DISTRIBUIDORES DE DATOS)Un multiplexor toma
varias entradas y transmite una de ellas a la salida.Un
demultiplexor (DEMUX) realiza la operacin inversa: toma una sola
entrada y la distribuye sobre varias salidas.
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Demultiplexor 1 de 8 lneasELECTRNICA DIGITAL
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ELECTRNICA DIGITALNota: I es la entrada de datos
Cdigo de
SELECTSalidas.S2S1S0O7O6O5O4O3O2O1O00000000000I001000000I001000000I000110000I000100000I000010100I000001100I000000111I0000000
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MULTIPLEXOR 1 A 8ELECTRNICA DIGITALEl decodificador 74ALS138
puede funcionar como un demultiplexor con 1 utilizado como la
entrada de datos;
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Demultiplexor de relojELECTRNICA DIGITAL
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DATA SHEETS RECOMENDADOSELECTRNICA DIGITAL 74ALS138 74LS139
74HC139 74LS154 74HC154 74LS1557
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COMPARADORES DE MAGNITUDEs un circuito lgico combinacional que
compara dos cantidades binarias de entrada y genera salidas para
indicar cul tiene la magnitud mayor.
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ELECTRNICA DIGITALH= Nivel de voltaje ALTOL= Nivel de voltaje
BAJOX= Sin importancia
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74LS85 COMPARADOR (entradas y salidas para cascada)Las entradas
y salidas en cascada proporcionan un medio para ampliar la operacin
de comparacin a ms de cuatro bits, conectando en cascada dos o ms
comparadores de cuatro bits.
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ELECTRNICA DIGITALComparador de Ocho bits.Bits de menor
orden
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DATA SHEETS RECOMENDADOSELECTRNICA DIGITAL 74LS8574HC85
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CONVERTIDORES DE CDIGOUn convertidor de cdigo es un circuito
lgico que cambia datos presentados en un tipo de cdigo binario a
otro distinto tambin binario.
El decodificador driver BCD a 7 segmentos; es un convertidor
porque cambia el cdigo de entrada BCD al cdigo de 7 segmentos
necesario para el visualizador LED
Dentro de las conversiones ms comunes tenemos:
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BCD7 SegmentosBCDBinarioBinarioBCDASCIIEBCDICCdigo
GrayBinario
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CONVERTIDOR DE BINARIO A BCDELECTRNICA DIGITAL
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PROCESO DE CONVERSINEl circuito mostrado tiene la funcin de
convertir los ingresos de cdigo binario a salidas de cdigo
BCDELECTRNICA DIGITALLa mayora de convertidores de cdigo se pueden
hacer combinando compuertas lgicas, circuitos sumadores u otra
lgica combinatoria, la circuitera puede llegar a ser muy compleja y
requerir muchos circuitos integrados.
Por esta razn resulta ms eficiente que se emplee una memoria de
slo lectura (ROM) o un dispositivo lgico programable para que
funcione como un convertidor de cdigo.
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ELECTRNICA DIGITAL 74LS83 74HC83ndiceDATA SHEETS
RECOMENDADOS
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BUS DE DATOSELECTRNICA DIGITALEl bus de datos es una forma de
transferencia de datos, esto lo podemos encontrar por lo general en
las computadoras modernas
Como muchos dispositivos estarn unidos al bus de datos tanto en
las salidas como en las entradas, es necesario que estas tengan
salidas de tres estados o estn unidos al bus mediante bferes de
tres estados.
Los dispositivos que por lo general estn unidos al bus de datos
son:
1) Microprocesadores,2) Chips de memoria semiconductores,3)
Convertidores Digital-Analgicos (DAC) y Convertidores
Analgicos-Digitales (ADC).
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EL REGISTRO DE TRES ESTADOS74ALS173/HC173Los dispositivos
conectados a un bus de datos (comnmente flip-flops) necesitaran de
registros que retengan los datos del dispositivo. Las salidas de
estos registros normalmente se conectan a bferes de tres estados
que les permite conectarse a un bus de datos.
La operacin del bus de datos se demostrar usando un CI que
incluye los bferes de tres estados en el mismo chip 74ALS173 TTL
(74HC173 CMOS).
El 74ALS173 es un registro de cuatro bits con capacidad de
entrada en paralelo y salida en paralelo.
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Note que las salidas de los flip-flops (FFs) estn conectadas a
bferes tres estados que proporcionan las salidas de O0 a O3.
Asimismo, observe que las entradas de datos de Do a D3 estn
conectadas a las entradas D de los FFs del registro mediante
circuitera lgica. Esta lgica permite dos modos de Operacin.
Carga: Los datos en las entradas de Do a D5 se transfieren hacia
los FFs en el instante del pulso de reloj en CP.
Retensin: Donde los datos en el registro no cambian cuando
ocurre el pulso de reloj en CP.
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Cuando o es ALTA, la salida est en el estado APAGADO (alta
impedancia); sin embargo, esto no afecta el contenido secuencial
del registro. Donde:H= nivel ALTOQo= salida antes de TPPL= nivel
BAJOX= no importa
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OPERACIN DEL BUS DE DATOS.El bus de datos es muy importante
dentro de los sistemas de cmputo, debido a la necesidad de la
transferencia de datos dentro de la misma, estos registros se
pueden transferir en paralelo al bus de datos de los otros
registros, mediante la aplicacin apropiada de niveles lgicos a las
entradas de ENABLE del registro.
La unidad de control de la computadora (CPU) generar las seales
que seleccionan cul registro pondr sus datos y cul tomar los datos
del bus.ELECTRNICA DIGITAL
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Seales de bus.Actividad de la seal durante la transferencia de
los datos 1011 del registro A al C.ELECTRNICA DIGITAL
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Expansin del bus.La operacin de transferencia ya sea de 4, 8, 16
o 32 lneas tiene casi la misma sintaxis bsica de datos: un
dispositivo tiene sus salidas habilitadas, de modo que sus datos se
colocan en el bus; otro dispositivo tiene sus entradas habilitadas
y de esta forma recibe los datos en el borde de un pulso de reloj
apropiado.
El nmero de lneas del bus depender del Tamao de la Palabra que
transferir el bus, una computadora con tamao de palabra de 8 bits,
tendr 8 lneas, de 16 bits, 16 lneas, etc., sabemos adems que todas
las salidas deben estar conectadas al bus mediante los bferes de
tres estados.
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Expansin del bus.Algunos elementos tienen los bferes incluidos
como el 74173, otros en cambio necesitarn de un CI llamado
excitador de bus, el mismo que posee salidas de tres estados con
impedancias de salida bajas que pueden descargar y cargar
rpidamente las capacitancias parsitas de las diferentes entradas y
salidas conectadas al bus y pueden causar deterioro en el tiempo de
transicin de la seal del bus si no se excita mediante una fuente de
seal de baja impedancia.
Un ejemplo de excitador de bus sera el CI excitador de bus octal
74HC541
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Representacin simplificada del busPor lo general se conectan
muchos elementos al bus de datos, y en el esquema del circuito se
puede producir una disposicin confusa de lneas y conexiones, por
esta razn se recurre a una representacin simplificada en donde se
seala con flechas la disposicin de las conexiones, y en corchetes
el nmero de lneas del busELECTRNICA DIGITAL
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Otra representacin es la que se observa en la siguiente figura,
conocida como el mtodo de empaquetado para la representacin
simplificada de conexiones, en la cual se indica el nmero de lneas
del bus que se compactan en una sola lnea.
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Bus Bidireccional.Existen registro que tiene tanto entradas como
salidas en el mismo pin, cortocircuitadas, esto se realiza con la
finalidad de reducir el nmero de pines del CI y el nmero de
conexiones del bus, esto se representa como I/O, y la misma ser
entrada o salida dependiendo de los estados del ENABLE, por esta
razn se las llama lneas bidireccionales de datos.
El 74ALS299 es un registro de 8 bits con lneas I/O comunes,
muchos CIs de memoria y microprocesadores tienen transferencia
bidireccional de datos. ELECTRNICA DIGITAL
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Registro Bidireccional conectado al bus de datos.ELECTRNICA
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CIRCUITOS
MSIDECODIFICADORESMULTIPLEXORESDEMULTIPLEXORESCOMPARADORESCONVERTIDORESCODIFICADORESBUS
DE DATOSEs un circuito combinatorio que cuenta con un nmero
determinado de entradas, de las cuales slo una tiene el estado
lgico 1, y se genera un cdigo de varios bits que depende de cul sea
la entrada excitada.
Un decodificador realiza la funcin opuesta a la de codificar, es
decir, convierte un cdigo binario de varias entradas en salidas
exclusivas.
Un multiplexor es como un conmutador de varias posiciones, de
manera que, situando el selector en una de las posibles entradas,
sta aparecer en la salida.
El demultiplexor es un circuito destinado a transmitir una seal
binaria a una determinada lnea, elegida mediante un seleccionador,
de entre las diversas lneas existentes.
Es un circuito lgico combinacional que compara dos cantidades
binarias de entrada y genera salidas para indicar cul tiene la
magnitud mayor.
Un convertidor de cdigo es un circuito lgico que cambia datos
presentados en un tipo de cdigo binario a otro tipo de cdigo
binario.
El bus de datos es una forma de transferencia de datos, esto lo
podemos encontrar por lo general en las computadoras modernas,
transmite los datos entre los diversos elementos de un
microprocesador.ELECTRNICA DIGITAL
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