UNIDAD V COMPONENTES Y APLICACIONES

POLILIBRO SISTEMAS DIGITALES I
MARIO ALBERTO SESMA MARTINEZ
MIGUEL ANGEL TORRES DURAN
UNIDAD V
COMPONENTES Y APLICACIONES.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Al término de la unidad el alumno:
- Diferenciará funcionalmente y sus características de funcionamiento de las
familias de componentes lógicas más empleadas, así como la aplicación de
los conocimientos adquiridos en un caso práctico
5.1 Componentes y aplicaciones.
A los conjuntos de circuitos electrónicos formados por transistores y diodos, con
los que se forman compuertas, y a su ves con estas, se construyen circuitos
digitales complejos para realizar funciones específicas, todo ello dentro de un
solo circuito integrado reciben el nombre genérico de Compuertas Lógicas y se
agrupan de acuerdo a sus características eléctricas en Familias. Existe gran
variedad de fabricantes de compuertas, se puede consultar la pagina
www.xeltek.com que en su seccion “RESOURCE” “IC manufacturers” muestra
una lista muy completa de fabricantes.
Es necesario leer y entender de una forma practica las terminologías de las
hojas de especificaciones de estos circuitos para analizarlos y emplearlos, pues
los fabricantes tienen una gran cantidad de circuitos disponibles para
aplicaciones diversas. Se recomienda el libro Sistemas digitales, principios y
aplicaciones, capitulo 8 del autor Ronald J. Tocci para un estudio mas completo.
El propósito de esta unidad se limitara a estudiar en las hojas de
especificaciones lo concerniente a la tabla que muestra el modo de control u
operación de los componentes y su aplicación en diseños sencillos.
5.1.2 Familias TTL ,CMOS, INTEL y Motorola.
La tecnología de los CI digitales a tenido un gran desarrollo: desde la
integración en pequeña escala (SSI) con hasta 12 compuertas, la integración a
mediana escala (MSI) con entre 12 a 99 compuertas por chip; la integración a
gran y muy gran escala (LSI y VLSI) con decenas de miles de compuertas hasta
las mas recientes con integración hasta de millones de compuertas (GSI).
Por sus características eléctricas CI digitales se han agrupado en familias, de tal
manera que en lo general solamente se pueden conectar entre si componentes
de una misma familia, debiéndose emplear un circuito puente como interfase
cuando se requieren conectar CI de diferentes familias, lo cual no siempre es
factible.
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En el uso de estas familias conviene tener presente los siguientes conceptos:
Compatibilidad de pines: Dos CI tienen compatibilidad de pines cuando los dos
presentan configuraciones iguales de pines, es decir cada pin o patita tiene la
misma función en ambos circuitos.
Funcionalmente equivalentes: Dos circuitos son funcionalmente equivalentes
cuando ambos realizan exactamente la misma función lógica, por ejemplo
ambos son contadores binarios o tienen 6 compuertas inversoras, etc.
Eléctricamente compatibles: Dos CI son eléctricamente compatibles cuando se
pueden conectar entre si, sin tomar ninguna medida especial para asegurar su
correcto funcionamiento.
Familia TTL
Este grupo se identifican con los números de inicio 74XXX, son las que se han
venido empleando muy frecuentemente, su consumo de potencia es por ejemplo
para un circuito de 4 compuertas NAND del orden de 10 mW que es alto pues
para 10 CI de este tipo se requerirán 100 mW de potencia. Su manejo manual
no requiere ningún cuidado en lo particular, estas compuertas tiene en lo general
y únicamente como referencia las siguientes características eléctricas: Voltaje de
alimentación Vcc = 5.0 ± 0.4 Volt, Corriente de salida promedio de 3 mA, Voltaje
de salida nivel bajo VL≤ 0.5 Volt, Voltaje de salida nivel alto VH ≥ 2.5 volt, Voltaje
de entrada nivel alto VH≥ 2 Volt, Voltaje de entrada nivel bajo VL≤ 1Volt, para
conocer los valores reales se debe de consultar la hoja de datos del fabricante
del CI en particular. Cabe señalar que dentro de la familia TTL existen diferentes
subclases, por ejemplo 74SLXX, 74ASXX; con características especificas
diferentes principalmente en lo que se refiere a consumo de potencia y velocidad
de respuesta.
Famila CMOS
La familia CMOS de CI compite directamente con la familia TTL, en tipos de
compuertas LSI y MSI, en equipos nuevos se usan cada vez mas estos tipos de
circuito, principalmente por su bajo consumo de potencia, que para un CI con 4
compuertas NAND requerirá del orden de solamente 0.000 010 mW o 10 nanoW
que significa en términos prácticos un millón de veces menos el consumo de
potencia que la familia TTL para un circuito similar, los que explica su amplio
uso, sobre todo cuando se requiere usar baterías como fuentes realimentación.
Al igual que con la otra familia existen subclases que muestran características
eléctricas diferentes pero todas coinciden con su bajo consumo de potencia. La
serie mas antigua es la que inicia con los números 40XXX la cual en lo general
es de baja velocidad, actualmente la serie 74CXX y 74HCXX son compuertas de
mayor velocidad sobre todo la serie HC que muestra valores hasta 10 veces
más rápida en comparación de los dispositivos 74LS.
Para su manejo manual se debe de tener la precaución de usar ropa de algodón
y una pulsera antiestática que se pueda conectar a tierra.
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Únicamente como referencia, las características eléctricas de esta familia son:
La serie 40XXX tiene un voltaje de alimentación entre 3 a 15 volt pero la serie
74CXX y la 74HCXX tienen un voltaje de alimentación entre 2 a 6 Volt. Los
niveles de voltaje y corriente para la entrada y salida son diferentes para cada
serie, conviene consultar la hoja de especificaciones del fabricante para cada
circuito en particular.
Familias Intel y Motorola.
Estas familias son de muy alta integración a gigaintegracion (USI a GSI) pues
sus circuitos CI realizan funciones muy complejas como son memorias PROM,
EEPROM, circuitos complejos de aplicación especifica FPGA, y circuitos
programables como microprocesadores y microcontroladores, el estudio de
estos circuitos esta fuera del alcance y propocito de esta unidad.
5.2 Diseño práctico de una aplicación y prototipo.
Se presenta como ejemplo practico de aplicación el proyecto final que
presentaron mis alumnos de la secuencia 1nm4 de la asignatura sistemas
digitales I de Ingeniería informática, 1er semestre de agosto – diciembre de
2005:
PROYECTO FINAL
RELOG DIGITAL DE AJEDREZ
El ajedrez es un juego que requiere de mucha destreza mental para que
cada uno de los jugadores realice una jugada que lo lleve a ganar el juego.
Uno de los problemas de este juego, es el tiempo que se dedica a pensar
para hacer una jugada, en algunas ocasiones el juego suele durar mucho, ya
que los jugadores inexpertos tardan en hacer sus jugadas provocando así
que el juego se prolongue a un tiempo bastante considerable. Es por ello
que un reloj de ajedrez es útil en casos como éste, ya que además de
controlar los tiempos que tiene cada jugador para hacer su jugada, es una
limitante que puede hacer de éste juego más interesante y menos tedioso..
FUNCIONAMIENTO DEL RELOJ DE AJEDREZ
El reloj de ajedrez cuenta con dos modos de funcionamiento para el
control de tiempos de los jugadores, se puede seleccionar el
funcionamiento en minutos o en segundos mediante un dip switch. Ya
que se tiene seleccionado el modo en el que se va a jugar se
programan los tiempos para cada uno de los jugadores en cada uno de
los dip switchs de cada uno de ellos. Al ya tener elegido el modo a
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jugar y al haber programado los tiempos para cada jugador se
enciende otro dip switch que controla el momento en que empieza a
correr el tiempo para el primer jugador.
Si se elige el modo segundos, los displays de cada uno de los
jugadores va cambiando segundo a segundo de manera que la cuenta
de cada jugador decrece. Cuando el primer jugador termina de hacer
su jugada oprime inmediatamente un push button que produce que su
cuenta se detenga y se haga un reset en la misma al número original
que fue programado, ocasionando al mismo tiempo que la cuenta del
otro jugador empiece a decrecer como el jugador anterior, siguiendo la
misma mecánica. Si a alguno de los dos jugadores le decrece su
cuenta hasta cero y no hizo su jugada en ese tiempo, se enciende un
led que indica que ese jugador a perdido el juego.
Si se elige el modo minutos, los displays de cada uno de los jugadores va
cambiando minuto a minuto de manera que la cuenta de cada jugador decrece.
Cuando el primer jugador termina de hacer su jugada oprime inmediatamente un
push button que produce que su cuenta se detenga, ocasionando al mismo
tiempo que la cuenta del otro jugador empiece a decrecer como el jugador
anterior, siguiendo la misma mecánica. Si a alguno de los dos jugadores le
decrece su cuenta hasta cero y no hizo su jugada en ese tiempo, se enciende un
led que indica que ese jugador a perdido el juego.
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Diagrama Lógico Del Circuito De Reloj De Ajedrez
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El desarrollo de esta aplicación se deberá hacer en forma conjunta con el grupo.
Propiciando que los alumnos presentes sus propias propuestas y con la
asistencia del profesor escoger la solución mas apropiada, es importante hacer
notar que para el diseño de un circuito digital existen muchas soluciones