Circuitos Combinacionales: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Circuitos Combinacionales: Fundamentos y Aplicaciones

Los circuitos combinacionales son un conjunto de circuitos cuya principal característica es que sus salidas dependen exclusivamente del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan los estados anteriores de dichas salidas. Estos circuitos se implementan mediante la combinación de puertas lógicas que representan su ecuación booleana de funcionamiento y cumplen diversas funciones. A menudo, se encuentran disponibles como chips integrados.

Codificadores

Los codificadores son circuitos combinacionales con n salidas y un número de entradas menor o igual a 2ⁿ. Su estructura permite que, al activarse una de las entradas (0 o 1), la salida muestre la combinación binaria (o su complementaria) correspondiente al número decimal asignado a dicha entrada. La función habitual de un codificador es convertir cualquier información digitalizada que entra al sistema digital en su equivalente en binario natural o en cualquiera de los códigos binarios existentes.

• Codificadores sin prioridad: Solo una de las entradas puede estar activa a la vez. Si se activan varias, se generan códigos de error en las salidas. Su circuito se basa en puertas OR.
• Codificadores con prioridad: En caso de activación simultánea de varias entradas, la salida refleja el código de la entrada con mayor prioridad (generalmente, la de mayor peso).

Los circuitos integrados suelen incorporar entradas de habilitación, conocidas como enable, que controlan el funcionamiento del circuito.

Decodificadores

Los decodificadores son circuitos combinacionales con n entradas y un número de salidas menor o igual a 2ⁿ. Al recibir una combinación binaria en la entrada, activan una única salida. Se utilizan para la implementación de funciones lógicas. Sus entradas o salidas pueden ser activas a nivel alto o bajo, según su lógica de funcionamiento.

• Decodificadores no excitadores: Sus salidas solo pueden acoplarse a otros circuitos digitales de la misma familia integrada.
• Decodificadores excitadores: Sus salidas proporcionan suficiente corriente para alimentar otros dispositivos como displays o lámparas. Los más comunes son los que se conectan a displays de 7 segmentos.

Implementación de Funciones Lógicas con Decodificadores

Un decodificador genera en sus salidas todos los minitérminos de un número de variables igual al número de líneas de entrada. Por lo tanto, un decodificador de n entradas, 2ⁿ salidas y puertas OR, puede implementar funciones lógicas de n variables. Para obtener los ceros de la función, se usan puertas NOR. Si el decodificador tiene salidas activas a nivel bajo, se utilizan puertas NAND.

Decodificadores Comerciales

• 7442: Decodificador BCD a decimal, útil para implementar funciones lógicas.
• 7447: Decodificador BCD a 7 segmentos, diseñado para displays de 7 segmentos de ánodo común. La combinación de entrada activa los segmentos correspondientes en la salida.
• 7448: Similar al 7447, pero para displays de 7 segmentos de cátodo común (salidas activas a nivel alto).
  • LT y BI/RB0 a nivel alto: Funcionamiento normal.
  • BI/RB0 a nivel bajo: Salidas a nivel bajo.
  • LT a nivel alto: Salidas a nivel alto.

Decodificador de 7 Segmentos

Este circuito combinacional activa simultáneamente varias salidas, decodificando la información de entrada en BCD a un código de siete segmentos adecuado para su visualización en un display de 7 segmentos.

Comparadores

Los comparadores son circuitos combinacionales que determinan la relación de igualdad o desigualdad entre dos números binarios, A y B, de n bits cada uno. Suelen disponer de entradas de acoplamiento en cascada para comparar palabras con más bits que los del comparador. La comparación se realiza bit a bit, comenzando por el de mayor peso, hasta encontrar bits diferentes.

Sumadores

Los sumadores realizan la suma aritmética de dos números enteros positivos. Existen dos tipos principales:

• Semisumador (Half-Adder): Suma dos datos de un solo bit y genera un bit de suma y un bit de acarreo.
• Sumador completo (Full-Adder): Permite interconectar sumadores para realizar sumas de más de un bit, algo que no es posible con el semisumador.
• Sumador de 4 bits: Realiza la suma de dos números binarios de 4 bits cada uno, operando de manera similar al sumador de 1 bit.

ALU (Unidad Aritmético-Lógica)

La ALU es un dispositivo versátil que puede programarse para realizar una amplia variedad de operaciones aritméticas y lógicas entre dos palabras binarias. Existen muchos tipos de ALU, e incluso es posible diseñar ALU personalizadas con otros circuitos combinacionales. Las ALU más complejas pueden ejecutar hasta 32 operaciones diferentes entre las palabras de entrada.