Módulo 0

Electrónica Digital
Conceptos Digitales
Dr. Oscar Ruano 2011-2012
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Magnitudes analógicas y digitales
Magnitud Analógica: toma valores continuos:
Por ejemplo la temperatura no varía de entre 20ºC y 25ºC de forma
instantánea, sino que toma todos los infinitos valores intermedios
Magnitud Digital: toma únicamente un conjunto de valores
discretos:22
Por ejemplo, medir la temperatura obteniendo muestras cada hora.
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Formato digitalizable
Hemos obtenido muestras que representan el valor de la temperatura
durante un conjunto de intervalos discretos.
Hemos convertido una magnitud de naturaleza analógica en un formato
que se puede digitalizar.
Es importante tener en cuenta que la figura anterior no es la
representación digital de una magnitud analógica, es sólo un formato
digitalizable.
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Conversión analógico - digital
Para digitalizar la magnitud es necesario asignar a cada valor
muestreado un código digital.
Supongamos que creamos dos categorías de temperatura
La señal digital correspondiente sería la siguiente
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Ventajas de las magnitudes digitales
El almacenamiento es mas compacto
El procesamiento y la transmisión son más eficientes
El ruido – fluctuaciones de tensión no deseadas – tiene un efecto
menor.
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Dígitos binarios
La electrónica digital utiliza sistemas y circuitos en los que sólo
existen dos estados posibles.
Se representan mediante dos niveles de tensión (lógica
positiva):
ALTO (HIGH) = 1
BAJO (LOW) = 0
Las combinaciones de los estados – códigos – representan tipos
de datos.
Este sistema de numeración se conoce como binario (0, 1)
Un dígito binario es un bit (binary digit)
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Niveles lógicos
Las tensiones utilizadas para representar un 1 y un 0 se denominan
niveles lógicos.
Lo ideal es que un determinado valor de tensión represente el nivel
lógico alto y otro el nivel lógico bajo.
En la práctica esto es imposible de conseguir por lo que los niveles
lógicos se asignan a intervalos de tensión que están comprendidos
entre un mínimo y un máximo especificados.
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CMOS
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TTL
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Formas de onda digitales
Las señales digitales están compuestas por trenes de impulsos –
valores de tensión que varían entre los niveles lógicos bajo y alto –
Impulsos ideales
Impulso positivo:
Impulso negativo
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Formas de onda digitales
Impulsos no ideales
tr = Tiempo de subida (10% al 90%)
tw = Anchura del pulso (50% a 50%)
tf = Tiempo de bajada (90% al 10%)
Otros defectos:Sobreimpulso, Subimpulso, Rizado
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Formas de onda digitales
Periódicos:
Señales periódicas:
Ciclo de trabajo
No periódicos
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Información binaria
Los trenes de impulsos representan secuencias de bits.
La señal a nivel bajo representa un 0 binario
La señal a nivel alto representa un 1 binario
Cada bit dentro de una secuencia ocupa un intervalo de tiempo
definido, denominado período de bit.
Reloj: señal que marca el periodo de los bits.
Se usa para sincronizar todas las señales presentes en el sistema.
Las duraciones de bit, vienen marcadas por la separación de dos flancos
consecutivos
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Información binaria
Cronogramas o diagramas de tiempos: gráfica que muestra la relación
temporal real entre dos o más señales (A, B, C) y cómo varía cada señal
respecto a las demás.
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Transferencia de datos
Modelos
Serie: Se usa un solo cable para transferir la información de forma
consecutiva mediante una secuencia de bits.
Paralelo Utilizamos varias líneas por las que van distintas secuencias de
bits referidas a una misma señal de reloj.
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Operaciones lógicas básicas
El álgebra de Boole (1850) define una serie de operaciones que nos
permiten expresar proposiciones lógicas mediante símbolos, de forma que
un problema lógico pueda resolverse de forma parecida a como se haría
con un problema de álgebra ordinario.
Los circuitos que realizan operaciones lógicas básicas se denominan
puertas lógicas
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Funciones lógicas básicas
Los tres elementos lógicos básicos AND, OR y NOT se pueden combinar
para formar circuitos lógicos más complejos del tipo:
Comparación, a nivel de bit o entradas de más de un bit.
Funciones aritméticas:
Conversiones de códigos
Multiplexor, permite seleccionar entre distintas entradas el dato a utilizar.
Demultiplexor, permite direccionar a varias salidas datos de una única entrada.
Almacenamiento
Codificador, expresan en binario una entrada discreta.
Decodificador, expresan una entrada binaria en una salida discreta.
Selección de datos
Suma
Resta
Multiplicación
División
(Flip-Flops), posee dos estados estables, almacena un bit.
o Registros, combinaciones de varios biestables.
o Memorias, de semiconductor o magnéticas.
Recuento.
memoria.
fundamentalmente
cuentan eventos. Necesitan elementos de
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Circuitos integrados (CI)
Todas las funciones mencionadas están disponibles en circuitos integrados
Inserción
Montaje superficial (SMT)
Inserción: Usan encapsulado DIP (Dual in-line package). Zócalos o PCB
taladrado.
SMT: Más moderno. Más pequeño. No hay taladros, terminales soldados a
pista directamente.
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Clasificación de los CIs
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Lógica programable
Esta lógica necesita tanto Hardware como
software.
Pueden programarse con la intención de
poder
implementar
funciones
lógicas
específicas.
Tipos:
SPLD
CPLD
FPGA
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Sistema de control de recuento y
envasado de pastillas
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