2.1. Codificadores

LOS CODIFICADORES

Al diseñar un sistema digital es necesario representar o codificar en forma binaria la información numérica y alfanumérica que se obtiene de dicho sistema y, para ello, existen los circuitos combinatorios denominados codificadores.

Un codificador es un circuito combinatorio que cuenta con un número determinado de entradas, de las cuales sólo una tiene el estado lógico 1, y se genera un código de varios bits que depende de cuál sea la entrada excitada.

Diagrama de bloques de un codificador de 10 entradas y 4 salidas

Para ilustrar esto mejor pongamos un ejemplo. Supongamos que queremos transmitir un código binario con cada una de las pulsaciones de un teclado númerico, como puede ser el de una calculadora, en éste existen diez dígitos y al menos seis caracteres especiales y, si consideramos sólo las diez cifras, esta condición la podemos satisfacer con cuatro bit. Pero variemos el circuito de la calculadora para entender mejor el ejemplo. Modifiquemos el teclado de tal manera que al presionar una tecla se cierre el pulsador que conectará una línea de entrada.

En el interior del bloque podemos imaginar unos conductores cruzados que unen entradas y salidas entre sí. Veamos cómo han de conectarse a fin de que den los códigos deseados. Para representar los códigos de salida utilizaremos el denominado código BCD. La tabla de verdad que define este codificador es la siguiente:

Cuando alguna de las entradas está a 1, quiere decir que el pulsador correspondiente está accionado. Como suponemos que no hay más que un pulsador activado simultáneamente, entonces en cualquier línea de la tabla todas las entradas excepto una serán 0.

A partir de la tabla se deduce que la salida Y1 será 1 si lo es la entrada 9, ó la 7, ó la 5, ó la 3, ó la 1, de ahí que la ecuación booleana correspondiente a esta salida sea la suma de las entradas 1, 3, 5, 7 y 9. Si seguimos analizando la tabla obtendremos, de forma análoga, las ecuaciones que tienen que cumplir las salidas Y2, Y3 e Y4.

Cada una de las ecuaciones que salen de la tabla de verdad se podrán componer con puertas OR, construidas con diodos. En nuestro ejemplo, el bloque que antes habíamos diseñado imaginariamente con una trama de conductores, ahora lo conectaremos a través de diodos; y a este nuevo bloque lo denominaremos matriz de diodos.

Los tipos de codificadores más usuales en el mercado son los de matrices de diodos

Todos los diodos del codificador pueden ser sustituidos por otro correspondiente formado por la base y el emisor de un transistor. Si el colector se une a la tensión de alimentación, entonces resulta una puerta OR seguidor de emisor.

Por otro lado, en realidad sólo se requiere un transistor con emisor múltiple para cada entrada del codificador. La base está unida a la línea de entrada, y cada emisor se conecta a una línea de salida diferente de acuerdo con la lógica del codificador. Por ejemplo, la línea de entrada 7 está unida a tres diodos cuyos cátodos van a las salidas 1, 2 y 3; esta combinación puede ser sustituida por un transistor de tres emisores, conectado como se indica en la figura. El número máximo de emisores que se puede necesitar es igual al número de bits del código de salida.

Normalmente un codificador utiliza niveles de salida TTL. Si cada línea de salida del codificador va a la entrada de datos de una formación tótem, tendremos una salida en tótem. Si, por el contrario, conectamos dicha salida a la entrada de datos de una etapa de colector abierto, estaremos ante una salida en colector abierto.

Dentro de los codificadores podemos distinguir varios tipos, como el descrito anteriormente de células con diodos, y los denominados codificadores con prioridad.

Codificadores con prioridad y señal de habilitación

Circuito integrado típico de un codificador con prioridad

Vamos a prescindir ahora de la condición supuesta anteriormente y referida a que en cualquier momento sólo puede haber un pulsador accionado. Si, de un modo fortuito, se pulsan simultáneamente varias teclas, vamos a dar prioridad y codificar la línea de datos de orden superior. Por ejemplo, si se excitan las entradas 5 y 6, lo que se desea es que la salida sea la que corresponde a la entrada 6. Para seguir el mismo procedimiento, a fin de entender este tipo de codificadores, describamos su tabla de verdad:

Esta tabla corresponde a un codificador con prioridad de 10 a 4 líneas. La X indica que esa entrada puede tomar cualquier valor, es decir, puede ser 0 ó 1, por lo que el estado X es irrelevante. No obstante, ahora habrá que tener en cuenta un 0 en la tabla, mientras que en el caso anterior podíamos ignorarlo, ya que dicha tabla viene determinada únicamente por los 1 en su diagonal. Si analizáramos los distintos valores que toman las salidas, e intentáramos expresar su ecuación booleana correspondiente, veríamos que son ecuaciones bastantes complicadas.

Para construir mediante puertas la tabla de verdad anteriormente citada, se utilizarán puertas AND-OR de dos y cuatro entradas. Normalmente, este tipo de lógica se fabrica en un chip integrado a escala media, cuya prioridad codifica diez líneas - decimal a cuatro líneas BCD.

Entre las aplicaciones de este tipo de codificadores destacan la codificación de pequeños teclados, la conversión analógica a digital y el control de perturbaciones en los ordenadores.

Finalmente, señalaremos que la mayor aplicación de los codificadores se da en el campo de la construcción, a partir de ellos mismos, de los denominados multiplexores.