Registro de Desplazamiento 8 Bits Entrada Paralela CD4021BE DIP-16 CMOS CD4021

¿Qué es?

El CD4021BE es un circuito integrado secuencial digital de tecnología CMOS (Serie 4000B) que implementa un registro de desplazamiento estático de 8 etapas con arquitectura PISO (Parallel-In / Serial-Out) en encapsulado DIP-16. Permite capturar 8 bits de datos digitales en paralelo de forma asíncrona mediante sus entradas individuales (PI-1 a PI-8) bajo el control de su línea de carga paralela/serial (P/S CONTROL), y posteriormente desplazarlos de forma síncrona con pulsos de reloj hacia sus salidas seriales (disponibles en las etapas 6, 7 y 8). Al pertenecer a la serie CMOS 4000B, opera en un amplio margen de tensión de 3 V a 18 V DC con consumo estático prácticamente nulo y notable inmunidad al ruido.

Especificaciones técnicas:

• Fabricante: Texas Instruments

• Modelo / Referencia: CD4021BE (CD4021 / CD4021B / HCF4021 / HEF4021)

• Tecnología / Familia lógica: CMOS Serie 4000B

• Función lógica: Registro de desplazamiento estático de 8 etapas (8-Stage Static Shift Register / PISO)

• Modos de entrada: Entrada paralela asíncrona de 8 bits (PI-1 a PI-8) y entrada serial síncrona (SERIAL IN)

• Modos de salida: Salidas seriales en las etapas 6 (Q6), 7 (Q7) y 8 (Q8)

• Línea de control: PARALLEL/SERIAL CONTROL (Carga paralela asíncrona en nivel alto / Desplazamiento serial en nivel bajo)

• Entrada de reloj (CLOCK): Disparo por flanco ascendente (con circuito interno de retardo para evitar carreras críticas)

• Encapsulado: DIP-16 plástico (Through-Hole para protoboard / PCB)

• Rango de voltaje de alimentación (VDD): 3.0 V a 18 V DC (nominal: 5 V, 10 V o 15 V)

• Voltaje máximo absoluto de alimentación: -0.5 V a +20 V DC

• Pines de alimentación: Pin 16 (VDD / Positivo) y Pin 8 (VSS / Tierra / GND)

• Frecuencia máxima de reloj (fmax): Típica de 8.5 MHz a VDD = 10 V (4 MHz a 5 V)

• Consumo de corriente en reposo: Típicamente inferior a 1 µA (ultrabajo consumo)

• Inmunidad al ruido: Típicamente el 45% de VDD

• Rango de temperatura de operación: -55°C a +125°C

¿Para qué sirve?

• Expansión de pines de entrada digital para microcontroladores (Arduino, PIC, ESP32, STM32): lee 8 botones o sensores usando solo 3 pines del microcontrolador (Clock, Latch y Data In).

• Lectura serial de mandos y controladores de videojuegos retro (muy conocido históricamente por ser el integrado empleado dentro de los mandos originales de la consola NES).

• Conversión de datos en paralelo a formato serial (Parallel to Serial Conversion) para líneas de transmisión de un solo hilo.

• Lectura multiplexada de teclados matriciales, dip-switches y bancos de sensores industriales.

• Prácticas y laboratorios de electrónica digital sobre registros de desplazamiento, arquitectura PISO y lógica CMOS.

¿Qué problema te soluciona?

• Ahorra pines en microcontroladores: Resuelve la limitación de puertos cuando necesitas censar 8, 16 o 24 interruptores o pulsadores conectando múltiples CD4021 en cascada utilizando la misma cantidad de pines de comunicación.

• Carga paralela asíncrona inmediata: Permite capturar el estado instantáneo de las 8 entradas sin necesidad de esperar a que coincida un pulso de reloj; basta con poner la línea de control en alto.

• Operación directa a 9V y 12V: No requiere estabilizadores de 5 V como los registros TTL (74LS165 o 74LS166), operando directo en baterías de 9 V o instalaciones de 12 V.

• Consumo estático nulo: Ideal para dispositivos portátiles y controles remotos a batería que pasan mucho tiempo en reposo sin degradar la celda de energía.

• Inserción limpia: Su formato Through-Hole DIP-16 encaja con total firmeza en protoboards y zócalos de prueba.

Preguntas frecuentes:

❓ ¿Cuáles son los pines de alimentación VDD y VSS del CD4021?

Utiliza la distribución estándar de 16 pines:

• Pin 16 = VDD (Alimentación positiva: +3 V a +18 V DC).

• Pin 8 = VSS (Tierra / Masa común / 0 V).

❓ ¿Cómo se usa el pin de control PARALLEL/SERIAL (Pin 9)?

• Nivel ALTO (+VDD): Modo Carga Paralela (Parallel Load). El registro ignora el reloj y carga inmediatamente los estados de las 8 entradas paralelas (PI-1 a PI-8) en sus flip-flops internos.

• Nivel BAJO (VSS / 0 V): Modo Desplazamiento Serial (Shift). En cada flanco ascendente del pin CLOCK, los datos avanzan una posición hacia la salida serial Q8.

❓ ¿En qué orden se desplazan los bits hacia la salida serial Q8 (Pin 3)?

La entrada PI-8 (Pin 1) se refleja de inmediato en la salida Q8 (Pin 3) apenas se ejecuta la carga paralela. Luego, con cada pulso de reloj, se van expulsando sucesivamente los bits PI-7, PI-6, PI-5, PI-4, PI-3, PI-2 y finalmente PI-1.

❓ ¿Cómo se conectan varios CD4021 en cascada para leer 16 o más entradas?

Se encadenan fácilmente:

1. Comparte en paralelo los pines CLOCK (Pin 10) y PARALLEL/SERIAL (Pin 9) de todos los integrados.

2. Conecta la salida serial Q8 (Pin 3) del segundo integrado a la entrada SERIAL IN (Pin 11) del primer integrado.

3. Lee el flujo completo de 16 bits desde el pin Q8 del primer integrado.

❓ ¿Cuál es la distribución completa de pines (pinout) del CD4021?

• Pin 1: Entrada paralela 8 (PI-8)

• Pin 2: Salida de la etapa 6 (Q6)

• Pin 3: Salida de la etapa 8 (Q8 / Salida serial principal)

• Pin 4: Entrada paralela 4 (PI-4)

• Pin 5: Entrada paralela 3 (PI-3)

• Pin 6: Entrada paralela 2 (PI-2)

• Pin 7: Entrada paralela 1 (PI-1)

• Pin 8: VSS (Tierra / GND / 0 V)

• Pin 9: Control Paralelo/Serial (PARALLEL/SERIAL CONTROL)

• Pin 10: Entrada de señal de reloj (CLOCK)

• Pin 11: Entrada serial de datos (SERIAL IN)

• Pin 12: Salida de la etapa 7 (Q7)

• Pin 13: Entrada paralela 5 (PI-5)

• Pin 14: Entrada paralela 6 (PI-6)

• Pin 15: Entrada paralela 7 (PI-7)

• Pin 16: VDD (Alimentación positiva +3 V a +18 V)