Decodificador en la automatización

 El decodificador en la automatización, es una segunda etapa, en la que un dispositivo, recibe señales digitales y las convierte en información visual.

Decodificador en la automatización

El decodificador, están presente en los circuitos integrados, el 7448, se emplea transformar señales digitales y representar los dígitos del 0 al 9, en un display (pantalla), aquí vamos a indagar su origen.

En esta serie en el #17, decimal codificado en binario, planteamos utilizar una pantalla de 7 segmentos, entre el codificador y la pantalla se ubica el decodificador.

Decodificador de código binario a visualización

Si en la salida de la primera etapa (codificador de digital a binario) tenemos bobinas de relevadores (A, B, C y D), los estados de sus contactos, pueden hacer la función del decodificador.

En la tabla de verdad he conservado el orden del peso binario D, C, B y A. ahora con mayúsculas para diferenciar de los segmentos de la pantalla, señalados con letras en minúsculas.

Decodificador de un número

La minimización de términos, es esencial de la automatización. De no ser así, el circuito contendría muchos elementos, resultando no ser practico.

 Por ejemplo, el número más simple, es el uno, utiliza los segmentos “b” y “c”, segmentos que juntos o individuales aparecen nuevamente en otros números.

Entrada y salida del decodificador

De manera individual el segmento “a”, solo en las primeras 4 entradas, enciende en 0, 2 y 3, el circuito requeriría de 16 contactos.

Utilizando el mapa de Karnaugh, con solo 6 contactos son suficientes, además ya están incluidos los estados para 5, 6, 7, 8 y 9.

Por lo que sí y si, en el diseño del decodificador, se hace uso de simplificación de funciones. 

Simplificación del decodificador

El mapa de Karnaugh, es una herramienta útil para minimizan circuitos lógicos complejos a su mínima expresión.

Para agrupar correctamente y obtener la ecuación más sencilla, se deben cumplir reglas fundamentales.

Mapa de Karnaugh del decodificador

En el próximo artículo de esta serie, abordaremos el estudio del mapa de Karnaugh, y aprovecharemos para obtener el circuito completo, del decodificador.

El código Gray en la automatización

 El código Gray en la automatización, se utiliza para eliminar errores de conmutación, y para reducir expresiones lógicas, tiene la característica, de que solo cambia una variable, entre estados consecutivos.

El código Gray en la automatización

Frank Gray investigador de los laboratorios Bell, busco una secuencia en la cual existiera un solo cambio de variable entre 2 estados sucesivos, al patentarlo en 1947, lo llamo “código binario reflejado”.

El termino reflejado es porque la secuencia se asemeja al reflejo de espejo.

 Y se utilizó, para prevenir señales falsas, en la operación de los interruptores electromecánicos (switches).

Código Gray

Como alternativa fue renombrarlo como código Gray, término que prevalece hoy en día, más en uso.

El código Gray, es un código binario no ponderado (no tiene un peso matemático), es útil para localizar posición, velocidad y sentido de giro.

Esto se aprovecha en máquinas automáticas de alta precisión, como los Robots y las Maquinas de Control Numérico, con sensores llamados “encoders absolutos”, que dan información en Gray.

Aplicación del código Gray

En 1953, el físico y matemático estadunidense Maurice Karnaugh, que al igual que Frank Gray trabajaba en los laboratorios Bell, invento una tabla hoy conocida como mapa de Karnaugh.

El mapa de Karnaugh, es una herramienta gráfica para simplificar ecuaciones lógicas booleanas, que hace uso del código Gray.

Mapa de Karnaugh

Cada celda adyacente, del mapa de karnaugh, difiere de un solo signo, incluso los extremos de la tabla son adyacentes.

El mapa de la gráfica corresponde a  las variables (abcd), en él se representan en 2 dimensiones (de filas y columnas), todas las posibles combinaciones (16) de acuerdo con el número de variables (4).

Aplicación del código Gray

Es un método para reducir el tamaño de las expresiones lógicas, mediante agrupaciones de celdas adyacentes.

Minimizando expresiones lógicas, se reduce instalaciones, costo y posibilidades de fallas.

El código Gray es parte fundamental en el diseño de un automatismo.

BCD electrónico

 Un BCD electrónico, es un circuito integrado, utilizado en la electrónica digital, para representar dígitos decimales (0-9), mediante un grupo de dígitos binarios (0000-1001).

BCD electrónico

El circuito integrado decimal codificado en binario “BCD” (siglas del inglés Binary-Coded Decimal), es uno de favoritos de los alumnos de la materia de circuitos digitales.

Los circuitos integrados (chips), no solo sobresalen por su tamaño, su costo y rendimiento son espectaculares en muchos más aspectos.

Circuito integrado

En 1958, el ingeniero eléctrico Jack Kilby, fabrico y probó con éxito un circuito sobre una pastilla cuadrada, reduciendo los componentes, por lo que este físico estadunidense es considerado el inventor del circuito integrado.

Un circuito integrado (chip o microchip), puede contener decenas, centenas, miles o millones de componentes diminutos, razón por lo que su representación es solo simbólica.

The TTL DATA BOOK

A principios de 1970 la empresa Texas Instruments, publico un libro de especificaciones (DATA BOOK), referencia principal para el diseño de sistemas digitales.

La electrónica es una rama de la electricidad, donde profesionales son especialistas de una área, en particular.

Componentes de circuitos electrónicos

Los diagramas de circuitos electrónicos, pueden considerarse incompletos para un electricista, no familiarizados con la lógica electrónica.

Los diagramas de circuitos electrónicos, pueden considerarse incompletos para un electricista, no familiarizados con la lógica electrónica.

En ellos se controlan señales de magnitud pequeña, y se presentan condiciones que en las instalaciones eléctricas no son relevantes.

Diagrama electrónico

En electrònica, un interruptor abierto, puede comportarse como una antena, por donde los campos electromagnéticos, de balastros o motores eléctricos, pudieran inducir señal no deseada. 

Para eliminar esta señal (llamada ruido),  y tener una señal de cero, el interruptor no esta abierto como tal, va conectado a tierra.

Decimal codificado en binario

 Decimal codificado en binario, es un término dado a un circuito, donde cada número de sistema decimal, es representado por un conjunto de 4 dígitos en sistema binario.

Decimal codificado en binario

El sistema de numeración más empleado, es el sistema decimal, es considerado como un estándar para representar cantidades, también es llamado de base 10, porque utiliza 10 signos 0,1,2,3,4,5,6,7,8 y 9.

El sistema binario (de base 2) utilizado en automatización, informática y computación, utiliza solo el 0 y el 1, y también cumple reglas de orden posicional para representar cantidades.

Equivalencias de numeración 

Transformar la información de un formato a otro, es llamado descodificar (también es aceptado decodificar). 

O como en nuestro estudio, podemos afirmar que buscamos obtener un circuito, llamado “decimal codificado en binario”, es decir con entrada decimal, obtenemos su equivalente en binario.

Codificador de decimal a binario

Una de las forma, es utilizar una matriz de diodos, es una configuración en filas y columnas con diodos dispuestos, para codificar señales digitales.

Los diodos permite que las señales sean rectificadas y viajen en una sola dirección, la visualización de la información, se da por la iluminación de lámparas, en electrónica es más común utilizar LEDs (Diodos emisores de luz).

Matriz de diodos

Si a la salida tenemos relevadores, los estados de los contactos, pueden ser empleados, como entradas y obtener a la salida una pantalla de conteo, o de mensajes escritos.

Visualización 

La descodificación de binario nuevamente a decimal, incluye estudio de simplificación.

La simplificación es fundamental para cumplir con los objetivos de la automatización, tales como reducir costos y mejorar la productividad.

A la par se buscar incorporar tecnologías modernas, en este tipo circuitos, el uso de la electrónica y computación, podemos obtener mejores resultados.