PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido Transversal: Operación de Circuitos Electrónicos Digitales Profesional Técnico-Bachiller en Mantenimiento de Equipo Electrónica Industrial de Cómputo y Control Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Mantenimiento a Sistemas Automáticos 1 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Capacitado por: e-cbcc Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 2 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES PARTICIPANTES Director General Secretario Académico José Efrén Castillo Sarabia Marco Antonio Norzagaray Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Gustavo Flores Fernández Coordinador de las Áreas de Automotriz, Electrónica y Telecomunicaciones e Instalación y Mantenimiento Jaime G. Ayala Arellano Autores Consultores Formo Internacional, S. C. Revisor Técnico Alfonso Cruz Serrano Revisor Pedagógico Virginia Morales Cruz Revisores de Contextualización Agustín Valerio Armando Guillermo Prieto Becerril Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Manual Teórico - Práctico del Módulo Autocontenido Transversal para las Carreras de Profesional Técnico Bachiller en Electrónica Industrial, Profesional TécnicoBachiller en Mantenimiento de Equipo de Cómputo y Control Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 3 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Digital y Profesional Técnico-Bachiller en Mantenimiento a Sistemas Automáticos. D. R. a 2005 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 4 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES ÍNDICE Coordinadores 2 I. Mensaje al alumno 6 II. Cómo utilizar este manual 8 III. Propósito del curso módulo autocontenido transversal 11 IV. Normas de competencia laboral 12 V. Especificaciones de evaluación 13 VI. Mapa curricular módulo autocontenido transversal 14 Capítulo 1. Operación de circuitos combinatorios 16 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 17 1.1.1. Características de la electrónica digital 18 • Orígenes 18 • Conceptos básicos 19 • Importancia 20 1.1.2. Análisis de circuitos lógicos empleando sistemas numéricos 24 • Qué son los circuitos lógicos 24 • Los sistemas numéricos 25 • Aritmética y métodos de conversión 33 • Métodos de conversión 39 1.1.3. Identificación de códigos de computadora 47 • Códigos numéricos 47 • Códigos de caracteres y otros códigos 52 • Códigos para la detección y corrección de errores 56 1.2.1. Análisis de circuitos lógicos empleando lógica boolenas 59 • Postulados básicos 60 • Dualidad 60 • Teoremas fundamentales 61 1.2.2. Circuitos de conmutación 62 • Formas algebraicas de las funciones de conmutación Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 62 5 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Compuertas lógicas 1.2.3. Análisis de circuitos lógicos combinatorios 65 69 • Método algebraico 69 • Método de Tabla de Verdad 71 • Análisis de diagramas de tiempo 72 1.3.1. Síntesis de circuitos combinatorios 73 • Redes 73 • Circuitos AND-OR-INVERSOR 76 • Factorización 78 1.3.2. Simplificación de funciones de conmutación 78 • Caracterización de los métodos de minimización 78 • Mapas de Karnaugh 79 1.4.1. Operación de circuitos mediante lógica modular descendente 89 • Codificadores y Decodificadores 89 • Multiplexores y Demultiplexores 94 1.4.2. Circuitos con elementos de aritmética binaria 101 • Sumadores 101 • Comparadores 109 • La Unidad de Lógica y Aritmética (ALU) 113 Prácticas y Listas de Cotejo del Capítulo 1 120 Resumen del Capítulo 1 154 Autoevaluación de conocimientos del Capítulo 1 157 Respuestas a la autoevaluación de conocimientos del Capítulo 1 159 CAPÍTULO 2. Operación de circuitos secuenciales 164 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 165 2.1.1.Modelos de circuitos secuenciales 166 • Representación de diagramas de bloques 166 • Tablas y diagramas de estado 167 2.1.2. Latches Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 170 6 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Latch Set-Reset 170 • Latch con retardo 173 2.2.1. Circuitos de tiempo 176 • Circuitos de tiempo en modo Astable 176 • Circuitos de tiempo en modo Monoastable 178 2.2.2. Los Flip-Flop’s 179 • El Flip-Flop’s Set-Reset(SR) o Set-Clear(SC) 179 • El Flip-Flop’s D 183 2.3.1. Registros de corrimiento 185 • Registros de corrimiento genérico 185 • Registros de corrimiento MSI 187 • Ejemplos de diseño con registros 191 2.3.2. Contadores 195 • Contadores de tipo binario 195 • Contadores de tipo BCD 196 • Contadores de tipo Ascendente/Descendente 197 • Contadores de tipo Módulo N 201 2.4.1. Memorias 204 • Las memoria ROM 204 • Memoria PROM 207 • Memoria EPROM 211 • Memoria EEPROM 213 2.4.2. El Convertidor Digital- Analógico 216 • El convertidor DAC de Escalera R/2R 216 • Funcionamiento 216 • Circuito comercial 217 2.4.3. Los Convertidores ADC 218 • Convertidores tipo Flash 218 • Convertidores A/D tipo Aproximaciones Sucesivas 220 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 7 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Convertidores A/D tipo Rampa Binaria 223 Prácticas y Listas de Cotejo del Capítulo 2 Resumen del Capítulo 2 Autoevaluación de conocimientos del Capítulo 2 Respuestas a la autoevaluacion de conocimientos del Capítulo 2 Glosario de Términos E-CBNC Glosario de Términos E-CBCC Glosario de Términos Técnicos Referencias documentales Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 230 8 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 9 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES I. MENSAJE AL ALUMNO ¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL DE “OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES”! El Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo contribuyan a de habilidades elevar tu que potencial conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral. productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral. Esta modalidad requiere tu prácticas con participación e involucramiento activo en ejercicios y simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 10 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES II. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL ¾ Las instrucciones generales que a los resultados de aprendizaje de continuación se te pide que realices, cada unidad. tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias ¾ manual con tu formación de profesional que mencionan: unidad Redacta cuales serían tus objetivos que antes de a muy claros continuación competencia de los se laboral, competencia (básica, personales al estudiar este módulo genéricas específicas), elementos de autocontenido transversal. competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de Analiza el Propósito del módulo autocontenido transversal que se indica al principio del manual y contesta la pregunta ¿Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es no lo tienes claro pídele al PSP que Revisa el apartado especificaciones estudio del módulo autocontenido curso - transversal evidencias por producto, norma técnica institución educativa, módulo de formación ocupacional, aprendizaje. Si desconoces norma, recomendamos el te que términos, que encontrarás al final del requisitos que debes cumplir para el conocimiento, consultes el apartado glosario de de evaluación son parte de los durante de significado de los componentes de la te lo explique. las evidencias que debes mostrar evidencias unidad de aprendizaje, y resultado de estudiar el contenido del manual? si aprobar el módulo. En él se indican desempeño, ocupacional, lo que voy a aprender a hacer al ¾ tengas conceptos técnico. ¾ fundamental empezar a abordar los contenidos del requeridas por el mundo de trabajo ¾ Es manual. ¾ Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral, Norma técnica de institución educativa». para considerar que has alcanzado Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 11 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES ¾ Revisa el Mapa curricular del módulo autocontenido transversal. Está diseñado para mostrarte resultados de aprendizaje que te esquemáticamente las unidades y los permitirán llegar paulatinamente las a desarrollar competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. ¾ Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. ¾ En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 12 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES IMÁGENES DE REFERENCIA Estudio individual Investigación documental Consulta con el PSP Redacción de trabajo Comparación de resultados con otros compañeros Trabajo en equipo Realización del ejercicio Observación Investigación de campo Repetición del ejercicio Sugerencias o notas Resumen Consideraciones sobre seguridad e higiene Portafolios de evidencias Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 13 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES III. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL Al finalizar el módulo, el alumno operará circuitos electrónicos digitales combinatorios y secuenciales, considerando las especificaciones técnicas de sus componentes, para la solución de problemas básicos sustentados en leyes físicas que rigen su comportamiento. Al mismo tiempo, estas competencias laborales y profesionales se complementarán con la incorporación de competencias básicas y competencias clave, que le permitan al alumno comprender los procesos productivos en los que está involucrado para enriquecerlos, transformarlos, resolver problemas, ejercer la toma de decisiones y desempeñarse en diferentes ambientes laborales, con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva; así como, lograr un desarrollo pleno de su potencial en los ámbitos personal y profesional y convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 14 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES IV. NORMAS DE COMPETENCIA LABORAL Para que analices la relación para que consultes el apartado de la que norma requerida. guardan las partes o componentes de la NTCL o NIE con el contenido del • Visita la página WEB del CONOCER en programa del módulo autocontenido www.conocer.org.mx en caso de que recomendamos consultarla a través de autocontenido transversal de la carrera que cursas, te el programa de estudio del módulo las siguientes opciones: • Acércate con el PSP para que te permita revisar su programa de estudio del módulo autocontenido transversal de la carrera que cursas, transversal, diseñado con una NTCL. • esté Consulta la página de Intranet del CONALEP http://intranet/ en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido transversal esté diseñado con una NIE. I. V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN Durante el desarrollo de las prácticas de Las autoevaluaciones de conocimientos ejercicio también se estará evaluando el correspondientes a cada capítulo además observación directa y con auxilio de una conocimientos cumplimiento de los requisitos en la evaluar ejecución de las actividades y el tiempo conocimiento. desempeño. lista de El docente cotejo mediante confrontará la el de ser un medio para reafirmar los sobre los contenidos tratados, son también una forma de y recopilar evidencias de real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 15 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Al término del módulo deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma evaluador y plan de evaluación. 1 del 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180). Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 16 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES VI. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL Módulo Operación de Circuitos Electrónicos 90 hrs. Resultados de Aprendizaje 1 Operación de circuitos combinatorios 2. Operación de circuitos secuenciales 40 hrs. 50 hrs. 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos. 1.2 Operar circuitos lógicos electrónica combinacional. implementados mediante lógica 1.3 Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. 1.4 Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular. 2.1 Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado. 2.2 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop’s. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 8 hrs. 12 hrs. 8 hrs. 12 hrs. 10 hrs. 12 hrs. 17 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 2.3 2.4 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 16 hrs. 12 hrs. 18 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES OPERACIÓN DE CIRCUITOS COMBINATORIOS. Al finalizar el capítulo, el alumno operará circuitos electrónicos digitales de lógica combinatoria, identificando sus características básicas de funcionamiento para su análisis e implementación en sistemas de control. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 19 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES VI. MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Operación de Circuitos Electrónicos 90 hrs. Unidades de Resultados de Aprendizaje 1 Operación de circuitos combinatorios 2. Operación de circuitos secuenciales 40 hrs. 50 hrs. 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos. 1.2 Operar circuitos lógicos electrónica combinacional. implementados mediante lógica 1.3 Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. 1.4 Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular. 2.1 Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado. 2.2 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop’s. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 8 hrs. 12 hrs. 8 hrs. 12 hrs. 10 hrs. 12 hrs. 20 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 2.3 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. 2.4 16 hrs. Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. SUMARIO ¾ CARACTERÍSTICAS DE LA ELECTRONICA DIGITAL ¾ ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO SISTEMAS 12 hrs. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos NUMÉRICOS ¾ IDENTIFICACIÓN DE CÓDIGOS DE COMPUTADORA 1.1.1 CARACTERISTICAS DE LA ELECTRONICA DIGITAL ¾ ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO LÓGICA BOOLEANA ¾ CIRCUITOS DE COMBINACIÓN ¾ ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS COMBINATORIOS • Orígenes El crecimiento explosivo de la electrónica digital ha penetrado todos ¾ SÍNTESIS DE CIRCUITOS los campos de la actividad humana, ¾ SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES campo ¾ OPLERACIÓN DE CIRCUITOS cotidianas del hogar. COMBINATORIOS DE CONMUTACIÓN MEDIANTE LÓGICA MODULAR DESCENDENTE ¾ CIRCUITOS CON ELEMENTOS DE ARITMÉTICA BINARIA desde los ambientes especializados del ciencias, militar, hasta la industria, las y las aplicaciones Tal vez la computadora es el aparato electrónico que más dramáticamente ilustra el fenomenal desarrollo de la electrónica digital. Las primeras computadoras de tipo digital se construyeron con switches y Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 21 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES relevos constituyéndose en verdaderos entre monstruos computadoras electromecánicos, los otros, incorporan micro- dedicados que cuales posteriormente evolucionaron a desempeñan funciones de control de con tubos de vacío, de las cuales la que no se percata de la existencia de la sus versiones electrónicas construidas primera fue el ENIAC. En contraste, modernas, las aparte de computadoras su reducido tamaño y bajo consumo de potencia, como lo evidencian los lap-tops o computadoras portátiles, han adquirido características de tipo genérico que las ha llevado casi que a convenirse en un electrodoméstico más en el hogar, desempeñando funciones tan variadas como las de procesador de texto, juegos, terminal de comunicaciones en Internet, herramienta de diseño en ingeniería, controlador de procesos industriales y un sinnúmero de aplicaciones en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Una mirada a nuestro alrededor, nos muestra manifestaciones de la electrónica digital en la forma de relojes digitales con precisiones de segundos al año; en el hogar, los hornos microondas, la lavadora de ropa, de platos, la video grabadora, manera transparente para el usuario computadora de su electrodoméstico. • Conceptos Básicos La electrónica digital puede definirse como la parte de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas digitales, binarios o lógicos. A diferencia de la electrónica lineal o análoga, que trabaja con señales que pueden adoptar una amplia gama de valores de voltaje, los voltajes en electrónica digital están restringidos a adoptar uno de dos valores, llamados niveles lógicos alto y bajo o estados 1 y 0. Generalmente, un nivel lógico alto ó 1, corresponde a la presencia de voltaje y un nivel lógico bajo ó 0 corresponde a la ausencia del mismo. Para entender los circuitos digitales y su funcionamiento, es preciso conocer la lógica digital. El propósito de este Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento dentro 22 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES manual es demostrar que la lógica términos bastantes relacionados y que digital no es sólo “lógica” sino que a la vez representan dos técnicas también distintas; es directa comprensión. problemas Se que y incluyen de fácil muchos ejemplifican los métodos y principios del diseño. La lógica es la aplicación metódica de principios, reglas y criterios de razonamiento para la demostración y derivación de proposiciones. Una proposición es una sentencia acerca de algo. términos son y DIGITAL. La primera denominación tiene su origen en el vocablo griego “análogos” que puede traducirse como “una relación exacta”, la segunda acepción se basa en la palabra latina “digitus”(dedo). Una de las acepciones de la palabra analógico indica que se trata de una forma de medida o de representación La Lógica Digital es una ciencia de razonamiento numérico aplicada a circuitos electrónicos que realizaran decisiones del tipo “si…entonces…”, es decir, si una serie de circunstancias particulares entonces ocurren, una acción particular resulta. El resultado es siempre el mismo para una serie dada de circunstancias. Esa posibilidad de predecir el resultado final permite el diseño de sistemas digitales a partir de circuitos básicos llamados compuertas, que se describen posteriormente. En el vocabulario de la electrónica actual ANALOGICO estos se vienen manejando de un fenómeno, en la que el indicador que representa la salida puede variar de manera continua, reflejando con sus movimientos cambios entrada; esto significa que en la puede variar en un intervalo continuo de posibilidades o valores. Por otra parte, cuando se alude al término digital, dicha representación únicamente puede adoptar uno de dos valores posibles; por ejemplo, falsoverdadero, alto-bajo, abierto-cerrado, etc.. En este caso no pueden existir valores intermedios entre 0 y 1. • Importancia dos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento los 23 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Además de las comodidades Mayor exactitud y precisión. Los 3. implicadas en el uso de aparatos sistemas digitales pueden manejar el electrónicos número de dígitos deben su importancia a una serie de circuitos de conmutación. las principales: precisión se limita a tres o cuatro que se comentaron anteriormente, los sistemas digitales ventajas. A continuación se mencionan 1. Los sistemas digitales generalmente son más fáciles de diseñar. Esto se debe a que los circuitos que se usan son circuitos de conmutación, donde los valores exactos del voltaje o la corriente no son importantes, sólo el intervalo o rango (ALTO o BAJO) en el que se encuentran. 2. es fácil. Se logra mediante dispositivos y circuitos especiales que se pueden a la información digital y retenerla el tiempo que sea necesario, y las técnicas de almacenamiento en masa que pueden reunir millones de millones de bits de información en un espacio físico relativamente pequeño. En contraste, analógicas son con sólo precisión agregar más Por lo general, en los sistemas analógicos la dígitos, ya que los valores de los voltajes y de las corrientes dependen en forma directa de los valores que tienen los componentes de los circuitos y son afectados por fluctuaciones aleatorias del voltaje (ruido). 4. La operación se puede programar. Es muy fácil diseñar sistemas digitales El almacenamiento de información pegar necesario de las capacidades extremadamente limitadas. cuya operación se controla mediante un conjunto de instrucciones almacenadas llamado programa. Los sistemas analógicos también se pueden programar, pero la variedad y complejidad de las operaciones son muy limitadas. 5. Los circuitos digitales son menos susceptibles al ruido. Las fluctuaciones involuntarias en el voltaje (ruido) no son tan críticas en los sistemas digitales, puesto que el valor exacto de un voltaje no es importante, siempre y cuando el ruido no sea tan intenso Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 24 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES como para impedirnos distinguir entre Actualmente la mayor parte de los un valor ALTO y uno BAJO. aparatos y circuitos electrónicos están Se puede fabricar más circuitería digital en los chips de los circuitos integrados. Es cierto que la circuitería 6. analógica también se ha beneficiado del tremendo desarrollo de la conformados por lo menos por una sección digital que controla, procesa y ordena funciones complementadas por la específicas electrónica analógica. tecnología de los circuitos integrados, La aplicación más común se da en la pero su complejidad relativa y el uso etapa de control de cualquier equipo de dispositivos que no pueden ser integrados económicamente (capacitores de alto valor, resistencias de precisión, inductores, transformadores) han impedido que los sistemas analógicos alcancen el mismo grado de integración que los digitales. En resumen, la electrónica digital tiene una enorme importancia porque permite realizar operaciones que serían muy costosas de hacer empleando métodos analógicos. Las aplicaciones de electrónica digital para desarrollar mecanismos automáticos, así como su papel central ordenadores para el diseño de los o computadoras, confirman sus ventajas en la práctica y su importancia en el mundo actual. electrónico -televisores, videocámaras, etc.-, así como en procesos de control industrial. Y por supuesto, en la computadora, que depende ciento por ciento de la electrónica digital. En el campo de la música, los discos compactos (CD’s) han invadido el ambiente dado su reducido costo de producción; sintetizadores musicales de todo tipo, instrumentos tan tradicionales y acústicos como los tambores, las guitarras y los violines han sido reemplazados por versiones completamente electrónicas en donde ni el cuero, ni la madera, ni las cuerdas tienen ya nada que ver con la música. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento videocasseteras, 25 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En el campo militar, las últimas guerras cómo el control de inventarios y las han mostrado con lujo de detalle la bodegas potencia automatizados gracias a los sistemas mortífera sofisticadas como de armas los misiles tan de crucero que almacenan en su interior mapas digitalizados del terreno sobre el cual vuelan información de localizadores y que su GPS, reciben posición o vía bombas inteligentes, entre otras. están completamente basados en códigos de barras. Actualmente ya no es extraño encontrar robots en las fábricas de tecnología avanzada, e incluso ver en operación fábricas en las que todo el proceso productivo ha automatizado y prácticamente La medicina, por supuesto, también se sido ya no hay trabajadores. ha visto beneficiada por la electrónica digital mediante el diseño de poderosas máquinas de diagnóstico no invasivo que gracias al poder de CONTEXTUALIZAR CON: Estudio individual cálculo de las computadoras digitales, permiten generar imágenes asombrosas del interior del cuerpo Competencia analítica: humano. Identificar las características y principios del álgebra booleana y su relación con la electrónica digital Por supuesto, las aplicaciones a nivel industrial son incontables. Baste mencionar cómo trenes de engranajes para reducción y control de velocidad de procesos están siendo reemplazados por motores digitales; cómo los variadores de velocidad otrora complejos mecanismos repletos de piñones- dejan su lugar a variadores electrónicos de velocidad, o • Investiga cuándo y cómo se originó el álgebra booleana y qué tuvo en el desarrollo de la electrónica digital Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento papel 26 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Analiza la información que y elabora una nota en la que son económicos obtuviste e identifica cuáles los principios características del explique y álgebra tecnológicos tan importante. Elabora un texto en el que expliques relaciones y factores hicieron posible este cambio booleana • qué cuáles más son • las Presenta las conclusiones de tu equipo y analizará las del importantes resto del grupo para integrar entre el álgebra booleana y la una electrónica digital visión más completa sobre la manera en que surgió la electrónica digital y los Trabajo en equipo factores que lo explican. Investigación documental Competencia lógica: Identificar las condiciones en que surgieron las primeras aplicaciones de la electrónica digital • Con base en la información que Competencia informativa Identificar antecedentes de los ordenadores actuales • información presente el PSP, investiga en desarrollo surgieron las tecnológico primeras aplicaciones de la electrónica digital. • Analiza la información obtenida • Analiza en la información que hayas conseguido Elabora un resumen en el que expliques aportaciones Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento disponible Internet, qué es la ENIAC qué condiciones económicas y de Investiga en textos o en la cuáles de son la ENIAC las al 27 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Para comprender lo anterior pueden desarrollo de las computadoras. analizarse dos ejemplos de circuitos electrónicos: un circuito para mostrar un fenómeno analógico y otro circuito 1.1.2 ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO SISTEMAS El primer ejemplo se ilustra en la figura NUMÉRICOS • de naturaleza digital. que aparece enseguida; en ella se Qué son los circuitos lógicos Un circuito lógico es una configuración electrónica de M entradas y N salidas, en la que cada salida es una función de una o más variables de entrada. En otras palabras, es la representación de representa un circuito analógico en el cual cuando se hacen variaciones en la resistencia de regulación se pueden conseguir una variación continua en la iluminación, llevándola desde un valor mínimo hasta un valor máximo. un árbol de decisiones que sólo utiliza niveles de 0 ó 1, porque tanto las max entradas como las salidas únicamente + lógicos. Su nombre se debe a que por - pueden adoptar esos dos valores min Poca luz Regulador Mucha luz sus características, los circuitos lógicos nos permiten booleana utilizar el álgebra como herramienta para el análisis y diseño de circuitos digitales. Véase la siguiente figura. ENTRADAS Circuito eléctrico analógico simple El circuito que muestra un fenómeno digital aparece en figura que se encuentra debajo de este párrafo. SALIDAS Analizando CIRCUITO LOGICO concluir lo circuito siguiente: se puede cuando el interruptor se cierra la lámpara se enciende, interruptor Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento el mientras abierto que la con el lámpara se 28 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES apaga, así la salida esta en uno de las decimal que emplea 10 dígitos para dos posibilidades y no en un valor expresar intermedio. embargo, existen otros sistemas que cantidad; sin también son muy usados y cuyas Interruptor cerrado = 1 Interruptor abierto = 0 características permiten hacer otro tipo de manejo en el campo de la + + electrónica. - - El sistema binario utiliza solamente dos A números y por ello es perfectamente B compatible En este sentido, fundamental entre una los diferencia circuitos analógicos y digitales radica en la cantidad de valores que pueden manejarse: mientras que los circuitos digitales únicamente permiten utilizar el 1 y el 0, los analógicos operan con base distintos en sistemas numéricos. Los Sistemas Numéricos • Un sistema todos los permiten números de es un construir válidos numeración anterior podemos asignar el número 0 al circuito abierto (foco apagado) y al circuito cerrado el numero 1 (foco encendido), o en todo caso llamarles bajo o alto. En el campo de la electrónica se utilizan • los siguientes sistemas Sistema Decimal Formado por diez símbolos. Base 10 el • más • en conocido en el mundo es el sistema Sistema Binario Formado por dos símbolos. Base 2 Sistema Octal Formado por ocho símbolos. Base 8 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento de opciones. Así por ejemplo en la figura sistema. sistema eventos numéricos: de numeración que los como ya se ha dicho solamente dos conjunto de símbolos y reglas de generación con naturaleza digital, en los que existen Circuito eléctrico digital simple El cualquier 29 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Sistema Hexadecimal Formado por dieciséis símbolos. Base 16 Una vez mencionados los sistemas numéricos mas usados en electrónica, hay 2 centenas más 3 decenas más 7 unidades de libros en la biblioteca; es decir. 200 + 30 + 7 = 237 libros, como se ve en la siguiente figura. es conveniente revisar cómo se cuenta en cada uno de ellos y, posteriormente, cuáles son las reglas de conversión que aplican. Para ello, es útil hacer un breve repaso sobre el sistema de numeración decimal. El sistema decimal, se fundamenta en el uso de 10 dígitos que son 0, I, 2, 3, Por lo tanto, el 2 realmente no vale 2 10 dígitos para la representación de sitúa en la posición de las centenas. De 4, 5. 6, 7, 8 y el 9. Debido a que utiliza cualquier número, se dice entonces que es de base 10. Ahora número bien, de para representar cualquier un magnitud utilizando para ello sólo 10 dígitos, es necesario recurrir a la idea de valor posicional, o peso de cada dígito sino que vale 200, debido a que se modo similar, el 3 no representa simplemente al 3, sino al 30 ó a 3 decenas debido a que está colocado en la posición de las decenas. Finalmente, el 7 sí pesa lo que vale por hallarse en el lugar de las unidades, representando entonces simplemente al 7. dentro del número. Para lograrlo se La idea del valor posicional es que según la posición que ocupe dentro del dentro de un número, mayor será su asigna a cada dígito un valor o peso entre más a la izquierda esté un dígito número. contribución al valor total del número. Cuando decimos, por ejemplo, que hay la 237 libros en una biblioteca, lo que realmente queremos significar es que De ahí entonces que al primer dígito de izquierda, cualquier sistema numérico, se le conoce como dígito más significativo, y al dígito que está Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento en 30 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES más a la derecha o de unidades como recurriendo a la técnica de asignar dígito menos significativo. pesos o valores según la posición o Hay que anotar, además, que al moverse hacia la izquierda, el peso de jerarquía de número. los bits dentro del cada dígito es 10 veces mayor que el En el sistema base 10, el valor de las de la posición anterior. Así tendremos, columnas progresaba de 10 en 10 comenzando por la derecha, que los hacia unidades=1, valor de las columnas progresará de 2 pesos según centenas=100, la posición serán: decenas=10, miles=1000, y así sucesivamente. - El Sistema Binario El sistema binario, por su parte, utiliza sólo dos dígitos para la representación de números. Por tanto se dice que su base es 2. Dada la importancia de estos dos dígitos, el O y el 1, se les ha dado el la izquierda. De manera semejante, en el sistema base 2, el en 2 a medida que nos desplazamos hacia la izquierda del número. Igualmente, el dígito de la derecha será el bit menos significativo y el de la izquierda el bit más significativo. En este sistema no existen nombres especiales para las columnas, como en decimal, sino que se rotulan de acuerdo a su peso o valor. De este modo tendremos la columna de las nombre especial de bits, formado de la unidades, que será la primera de la Binary Digits. del 8, la del 16. la del 32 y así contracción de las palabras del inglés derecha, la columna del 2, la del 4, la sucesivamente. Para ilustrar esto, puede analizarse el siguiente ejemplo: Al igual que el sistema base 10, el binario también es de valor posicional. Esto implica que la representación de números superiores a la base se hace Supóngase que se quiere establecer el valor del número binario 1011. Nótese que cuando preguntamos por el valor de un número Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento binario, lo que 31 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES queremos establecer es a cuanto equivale en el sistema decimal o base 10, que referencia para es de el uso sistema común. número octal tienen los pesos siguientes: de El procedimiento de la conversión se ilustra en la siguiente figura: 0 = Símbolo octal que denota mínima expresión, usando sólo un símbolo 7 = Símbolo octal que denota máxima expresión, usando sólo un símbolo. Así los ocho símbolos serán: Esto significa que el número binario1011 equivale al número 11 en decimal. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 = ocho símbolos (BASE 8). Basándose en los principios del método - El Sistema Octal de conteo anterior, el conteo octal se realiza de la siguiente manera: El sistema octal se usa con frecuencia en el trabajo de computadoras digitales. El sistema de numeración octal tiene una base de ocho, lo que significa que tiene ocho dígitos posibles: O, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. Por lo tanto, cada dígito de un número octal puede tener cualquier valor de O a 7. Las posiciones de los dígitos en un El sistema numérico octal tiene la base 8; los ocho símbolos son del 0 al 7, y las columnas se evalúan en potencias de 8. Por consiguiente, el valor en decimal del número 123 en obtiene de la siguiente manera: (123)8 = 1 x 64 + 2 x 8 + 3 x 1 = (83)10. - El Sistema Hexadecimal Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento octal se 32 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES El sistema numérico hexadecimal utiliza 16 símbolos. Por lo tanto tiene una raíz de 16 ó sistema de base 16. Los 16 símbolos que utiliza son: 0, 1, CONTEXTUALIZAR CON: Comparación de resultados con otros compañeros 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, es decir, diez números y seis letras que dan un total de 16 símbolos (BASE DIEZ Y SEIS), y las columnas se valoran en potencias de 16. Por ende, (123)16 = 1 teórica x 256 + 2 x 16 + 3 x 1 = (291)10 y científico- Aplicación de los procedimientos de conversión de cifras binarias, octales y hexadecimales al sistema decimal (c4)16 = 12 x 16 + 4 x 1 = (196)10 0 = Símbolo hexadecimal que denota mínima expresión, usando sólo un Competencia • símbolo. Revisa las reglas que se aplican para obtener cifras en el sistema binario, el octal y el hexadecimal y F = Símbolo hexadecimal que denota asegúrate máxima expresión, usando sólo un de que las has comprendido símbolo. • Con base en ellas escribe debajo de cada uno de los valores que aparecen en el siguiente cuadro, las operaciones que deben realizarse para que dichas cifras correspondan a las del sistema decimal que aparece en la primera columna, según se trate sistema binario, del octal hexadecimal. • o del Compara tus resultados con los de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento del 33 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES tus compañeros diferencias, y analízalas si hay para identificar a qué se deben. Si persisten dudas consulta nuevamente el manual o al PSP. Equivalencias de notación entre los sistemas de numeración 11 1011 B 13 12 1100 C 14 13 1101 D 15 14 1110 E 16 15 1111 F 17 Decimal Binario Hexadecimal octal 0 0000 0 0 CONTEXTUALIZAR CON: 1 0001 1 1 Realización del ejercicio 2 0010 2 2 3 0011 3 3 4 0100 4 4 5 0101 5 5 6 0110 6 6 7 0111 7 7 8 1000 8 10 9 1001 9 11 necesario 10 1010 A 12 puedas responder las siguientes Competencia analítica Explicar la lógica implicada en la posición y la base de los sistemas de numeración decimal, binaria, octal y hexadecimal • Analiza información que aparece en este manual sobre los sistemas de numeración, y si es fuentes, Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento la investiga de tal en manera otras que 34 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES preguntas por escrito: acuerdo con la posición que 1. ¿Qué diferencia a los sistemas de numeración posicionales de los no-posicionales? Ejemplifica ambos tipos. 2. ¿Por qué en el sistema binario los valores se calculan de acuerdo con la posición que tienen de derecha a izquierda al multiplicarlos por: 2, 4, 8, 16, etcétera? 3. ¿Por qué en el sistema octal los valores se calculan de acuerdo con la posición que tienen de derecha a izquierda al multiplicarlos por: 8, 64, 512, 4096, 32768, etcétera? 4. ¿Por qué hexadecimal en los el tienen de derecha a izquierda al multiplicarlos 1000, 10 por 10, 000, 100 100, 000, etcétera? 6. ¿Qué ventajas ofrece el uso de los exponentes al manejar sistemas de numeración? 7. ¿Por qué en cualquiera de los sistemas de numeración revisados, conforme se avanza en la posición de derecha a izquierda se incrementa una unidad en el exponente? 8. ¿Cuáles son las semejanzas y diferencias que identificas entre los 4 sistemas de numeración? sistema valores se 9. ¿Consideras que es útil disponer de distintos tipos de calculan de acuerdo con la sistemas de numeración? ¿Por posición que tienen de derecha qué? a izquierda al multiplicarlos por: 16, 256, 4 096, 65 536, 1048 576, etcétera? 5. ¿Por qué en el sistema decimal los valores se calculan 10. ¿Cuáles son tus conclusiones respecto a las ventajas que ofrecen sistemas numeración posicionales? de de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento los 35 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Realización del ejercicio Los valores posicionales con son continuos y se incrementan de uno utilizarse otros símbolos para representar los números que conocemos? responder conviene a que esta llevarlo has aprendido Una unidad. Dos unidades. Tres unidades. Sugerencias o notas pregunta, realices el cabo es a teórica operación sobre las forma de y de los sistemas numéricos. Competencia científico- Comprender la importancia de los números en el desarrollo de la ciencia y la tecnología conveniente que retomes lo que características • En virtud de que la comprensión de los principios de la electrónica digital Construye una equivalente Para siguiente ejercicio. Para El Cero unidades Identificar la lógica implicada en el manejo de símbolos para construir secuencias numéricas. ¿Podrían uno. decimal es el siguiente: Competencia lógica • en tiene una estrecha secuencia relación con el entendimiento de llegue hasta sesenta y que sea cifras como representaciones de equivalente distintos numérica que inicie en cero y a la del sistema decimal, pero tomando grupos de seis símbolos. los números y el manejo de probablemente sea de tu interés profundizar acerca Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento fenómenos, del tus conocimientos origen de los 36 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES números. Una opción para que te el acerques al tema de manera comúnmente sencilla kilobyte, megabyte o gigabyte y e interesante es lectura del texto: Ifrah, G., cifras. Historia de una la Las Editorial. que a se los da términos cuáles son riesgos que implica su gran invención, Madrid, 1988, Alianza significado uso. • Investigación documental Elabora un reporte en el que presentes los datos relevantes sobre la más forma correcta de utilizar los prefijos en el sistema binario. Competencia científicoteórica • Identificación de los prefijos binarios y su relación con los del sistema decimal. • Consulta la página: ijos_binarios y revisa cuál es la Comisión establecida por la usar los Electrotécnica Internacional para prefijos en las cifras del sistema binario y a qué valores corresponden • Analiza esa - Representación de números con signo En cualquiera numeración http://es.wikipedia.org/wiki/Pref norma Aritmética y Métodos de Conversión de los sistemas de binaria, hexadecimal, la octal y forma de representación de números con signo es muy sencilla y similar a la que se usa en el sistema decimal: simplemente se antepone el signo a la magnitud del número. No obstante lo anterior, su uso en computadoras es muy limitado, debido a que los números así representados obligan a información e identifica por qué es incorrecto que la máquina tenga que seguir la pista del Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento signo por separado, 37 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES complicando la estructura de los manera similar a lo que se hace en el circuitos donde se llevan a cabo las sistema decimal: cuando se agota el operaciones aritméticas. repertorio de dígitos, se coloca un cero Por ejemplo, si a una maquina se le pidiera efectuar 3 - 4, cuyo resultado sería -1, ésta tendría que estudiar la en el lugar de las unidades y se genera un 1 (el acarreo o el “llevo”) en la siguiente columna. operación que se le pide realizar, En el sistema binario, la siguiente que por lo tanto no puede llevar a cabo sino que es la columna del 2. Luego plantea, sino que debe restarle el 3 al 4 primeros números en binario quedaría y finalmente anteponerle un signo como O, 1, 10. Aquí el 10, y esto debe menos al resultado. quedar bien claro, equivale al número decidir que el 4 es mayor que el 3, y la operación de resta como se la Para simplificar este procedimiento, cada uno de los sistemas propone una manera más sencilla de codificar el signo y, sobre todo, de realizar operaciones en las que están implicados distinto signo. números de columna no corresponde a las decenas entonces, la secuencia de los tres 2 en decimal. Este pequeño ejercicio de conteo nos lleva entonces a establecer las reglas básicas de la suma en binario, las cuales se resumen, en la figura siguiente: - Aritmética Binaria Para contar en el sistema binario, se comienza en cero y rápidamente se avanza hacia el 1, con lo cual, inmediatamente se agota el repertorio de dígitos. Esto significa que debemos empezar a reutilizar el I y el O colocándolos posiciones estratégicamente hacia la izquierda, en de Aunque las filas 2 y 3 de la tabla son aparentemente importante considerarlas es para confirmar que cuando se realiza una Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento redundantes, 38 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES suma, no importa el orden de los El conteo de uno en uno en binario, sumandos. Esto es, el resultado de añadiendo algunos términos más a la sumar 1 + O es el mismo de sumar O secuencia + I. Dadas estas sencillas reglas para la suma en binario –sencillas si se considera que para manejar el sistema ya calculada, procederá entonces como O, 1, 10, 11. 100,101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100.... Sus equivalentes decimales son: decimal se requieren muchas más, ahora se pueden seguir generando números consecutivos, de uno en uno, efectuando las sumas como se muestra en las siguientes operaciones: Multiplicación Binaria La multiplicación no es más que una suma repetida. Así, por ejemplo cuando se plantea la necesidad de multiplicar el número 25 por el número 6, realmente lo que se quiere averiguar es cuanto vale el número 25 sumado 6 veces. Exactamente lo mismo sucede en binario, así que la operación aritmética de multiplicación en binario podría también llevarse a cabo como una serie de sumas sucesivas. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 39 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Sin embargo, para la operación de multiplicación se han desarrollado métodos abreviados, como el que se conoce para el sistema decimal. La multiplicación binaria procede CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio de manera idéntica a la multiplicación en base diez, excepto que es mucho más sencilla, pues estaremos siempre multiplicando por uno o por cero, lo teórica Elaborar manualmente operaciones aritméticas con números binarios cual no deja de ser una gran ventaja. Resta binaria • La operación de resta se resuelve como una operación de suma en donde uno de los sumandos es un número negativo. Así por ejemplo, cuando se plantea 53, lo que se hace en la práctica es Competencia científico- Repasa las reglas para realizar operaciones aritméticas números binarios y resuelve los siguientes casos: 111011 + 110= 111110111 + 111001= llevar a cabo la suma 5 + (-3), lo que 10111 + 11011 + equivale a la misma operación de resta. 10111= Esto conduce entonces a una suma de 11010001101 – los números +5 y -3. El resultado de tal suma, 10010, ha sido un número de 5 bits, de los cuales sólo 4 de ellos caben en el registro de la máquina, por lo que el quinto bit, 1 en este caso, no forma parte del resultado y es guardado en otro lugar como bit de acarreo. 1000111101= 10110011101 – 1110101= 10110101000101 x 1011= 10100001111011 x 10011= Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento con 40 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Aritmética Octal La suma octal Para llevarla a cabo se debe restar o dividir la semisuma de cada columna, cuando la misma exceda la base del sistema, y colocar en la columna inmediata del lado izquierdo, el valor del acarreo tantas veces se haya superado la base del sistema. De esta Multiplicación octal La operación aritmética de multiplicar se realiza del mismo modo que en el sistema numérico decimal. Ejemplo: Multiplicar 672348 y 168 misma forma cada unidad que se acarree equivale a ocho unidades de la columna anterior. Para ver más claramente cómo se lleva a cabo esta operación, a continuación se desarrolla la suma entre números 40740647 y 25675300: los División octal La división se efectúa del mismo modo que en el sistema decimal y se realiza directamente en la misma base del sistema octal o hexadecimal. Sin embargo, también se puede obtener Resta Octal Para realizar una resta octal se procede de manera semejante a la resta decimal considerando que los dígitos válidos previamente la conversión en binario y proceder, como en el caso anterior, a realizarla en binario; y después el resultado transformarlo de nuevo al sistema numérico original. sólo son de 0 a 7. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 41 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES “préstamo”, como en la suma, equivale a 16 unidades de la columna anterior. Multiplicación hexadecimal - Aritmética hexadecimal Suma hexadecimal La operación aritmética de multiplicar Se debe restar o dividir la semisuma de cada columna, cuando la misma exceda la base del sistema, y colocar en la columna inmediata del lado izquierdo, el valor del acarreo tantas se realiza del mismo modo que en el sistema numérico decimal. Para ilustrar el procedimiento, a continuación se presenta la solución de multiplicar 67D3416 por 1216 veces se haya superado la base del sistema. Cada unidad que se acarree equivale a dieciséis unidades de la columna anterior. Para ejemplificar este procedimiento, se presenta el siguiente caso: División hexadecimal La división se efectúa del mismo modo que en el sistema decimal y se realiza directamente en la misma base del sistema octal o hexadecimal. Sin Resta Hexadecimal embargo, también se puede obtener Se procede de manera semejante a la proceder, como en el caso anterior, a resta decimal sólo que cada previamente la conversión en binario y realizarla en binario; y después el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 42 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES resultado transformarlo de nuevo al sistema numérico original. En el otro método para convertir números enteros decimales se usa la división repetida entre 2. En la conversión, ilustrada abajo para 2510, se requiere la división repetida del número decimal entre 2, y escribir el residuo después de cada división hasta • obtener un cociente de 0. Note que el Métodos de Conversión resultado binario se logra escribiendo el primer residuo como el LSB y el - Sustitución de una serie último residuo como el MSB. De manera genérica, la conversión entre dos bases no puede hacerse por simple sustitución, se requiere hacer operaciones aritméticas. En esta sección se mostrará cómo convertir un número en cualquier base a base 10 y viceversa, usando aritmética de base 10. La conversión de un número de base cualquiera a otro de base r está determinado por la serie: Este proceso se puede utilizar para convertir cantidades en decimal a cualquier otro sistema numérico, como muestra en los siguientes ejemplos. Conversión decimal a octal - División repetida Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 43 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Analiza junto compañeros de con tus trabajo para analizar el algoritmo que se usa para hacer conversiones del sistema decimal a los otros 3 sistemas. Conversión Decimal Hexadecimal • Identifiquen cuáles son los pasos que deben seguirse y con base en sus conocimientos planteen y discutan la respuesta a las siguientes preguntas: 1. ¿Por qué se divide entre 2, 8 ó 16, según se trate de hacer la conversión a un sistema binario, octal o hexadecimal? 2. ¿Por qué lo que se anota en el CONTEXTUALIZAR CON: resultado es el residuo? Trabajo en equipo 3. ¿Por qué el residuo de cada una de las divisiones sucesivas se anota de derecha a izquierda? Competencia lógica Explicar la racionalidad del algoritmo para la conversión de cifras decimales a números binarios, octales y hexadecimales 4. ¿Por el procedimiento para hacer las conversiones se basa en la división? • Elaboren un texto en el que Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento qué 44 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES expliquen y argumenten lo más Octal a decimal: ampliamente posible cada una de sus respuestas. • Compartan con sus compañeros de los demás equipos su trabajo y confronten sus ideas y sus argumentos con los de los sobre la Hexadecimal a Decimal: demás • Si persisten validez de coméntenlas dudas sus con respuestas algún especialista o PSP. Es importante observar que en el segundo - Multiplicación por la base convertir a su equivalente decimal con sólo sumar los pesos de las diferentes posiciones en el número binario que un 1. Para ilustrar esto cambiemos el número binario 11011 a su equivalente decimal: el valor A fue sustituido por 10 y el valor F por 15 en Cualquier número binario se puede contiene ejemplo la conversión a decimal. - Números con magnitud y Signo Representación usando el sistema de signo y magnitud La convención que rige es que el signo + se represente por un bit de O y el signo - por un bit de 1, originando así el sistema denominado de signo y magnitud. Adicionalmente, la convención establece que el bit de signo sea el primero de la izquierda, es Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 45 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES decir, el más significativo, y que los restantes bits correspondan del a mismo. la número magnitud del Debido a que en las computadoras o máquinas de cálculo numérico en general, todos los datos se almacenan en registros de tamaño fijo, todo número dentro de una de estas máquinas tendrá a su vez un tamaño fijo. Por ejemplo, en una máquina cuyos registros internos sean de 8 bits, todo número allí almacenado deberá constar de necesarios 8 bits, todos representación del así ellos no sean para número. la Debe utilizarse entonces el relleno con ceros A manera de ejemplo, en la siguiente figura se muestran todos los posibles números que pudieran almacenarse en una máquina de 4 bits. Como puede advertirse en ella, en las columnas marcadas b3 b2 b, bQ, se han escrito todas las posibles combinaciones que se pueden formar con 4 bits, lo que no es otra cosa que los números binarios directos desde el 0000 (O en decimal) hasta el 1111 (15 en decimal), es decir los primeros 16 números binarios. como sea necesario para completar el dato de 8 bits. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 46 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES el número original como se advierte en la siguiente figura: Como se puede apreciar, esta operación es de fácil implementación en una computadora, utilizando para ello unos cuantos inversores. En la Representación de signo en el sistema de complemento a dos, no solamente se evita el molesto proceso decisorio anteriormente mencionado, sino que además ahorra el tener que construir circuitos reemplazando - Sistemas numéricos complementarios las de resta, restas por operaciones de suma con signo que como se verá, son mucho más ventajosas desde todo punto de vista. El complemento a uno de un número El complemento a dos de un número, complementar o negar cada uno de sus sumarle 1 a su complemento a uno. binario es el número que resulta de bits individuales. complemento a Por uno ejemplo, del el número 01101101 será 10010010, el cual se obtiene como resultado de convertir los unos a ceros y los ceros a unos en es En simplemente este se resultado dice que de el complemento a dos de un número binario es su representación negativa en el sistema de complemento a dos. Por ejemplo, Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento sentido, el para representar 47 el PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES número -5 en una máquina de 4 bits, se comienza con la representación del número +5 representación en se binario, le y a encuentra esta su complemento a dos. El número así obtenido corresponde al -5 en este sistema de representación de signo. Fieles a la norma de que el bit de signo corresponde significativo, siempre al igualmente bit en más este sistema, los números que comienzan por O se consideran positivos y los que comienzan por 1 se toman como negativos. Esto guarda CONTEXTUALIZAR CON: Comparación de resultados con otros compañeros. estrecha relación con el hecho de que cuando se complementa un número, su bit de Competencia lógica signo también cambia. Tomemos como ejemplo el caso de +5, Explicar la racionalidad del algoritmo para obtener el complemento a uno y a dos de los números binarios cuya representación binaria es 0101. Al calcularle su complemento a dos, se obtiene 1011, cuyo bit más significativo es 1, indicando que se tiene ahora un número negativo. • Analiza el procedimiento para obtener el complemento a uno de un número binario y plantea cuáles son las implicaciones que tiene sobre el signo y la magnitud del número original. ¿qué implica cambiar los unos a Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 48 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES ceros y los ceros a unos? • complemento a dos Analiza el procedimiento para el complemento a dos de • un las implicaciones que tienen el número binario y plantea por complemento a implicaciones que tiene sobre el magnitud signo escrito cuáles son las original. ¿qué implica agregar un 1 al complemento a uno de un en el valor menos significativo, es decir, en el que • Con base en tus respuestas a las preguntas anteriores, explica por y el Analiza y discute de con los otros compañeros tus argumentos • Si persisten algunas dudas consulta a algún especialista o se encuentra más a la derecha en la cifra? y números a que se aplica. número binario y por qué se agrega uno complemento a dos sobre la signo y la magnitud del número • Redacta y expresa gráficamente material complementario Comparación de resultados con otros compañeros qué al manejar el complemento a dos de un número se evita tener que construir circuitos de resta, reemplazando las restas por operaciones de suma con signo. ¿qué paralelismos entre la suma, complemento a complemento a la resta, uno dos? y el el ¿qué magnitud del número sumar el para Investigar las aplicaciones de los métodos de complemento a uno y dos en los números binarios identificas efectos tiene sobre el signo y la uno Competencia de información obtener el • Investiga con especialistas, en textos o en la Internet para qué sirven métodos de complemento a uno y dos en los números Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento los binarios y algunas 49 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES aplicaciones. • Redacta presentes una nota con resultados de tu búsqueda • Compárala con las comparativo los que permita entender por qué unos tienen ventajas sobre otros y cómo de estas otros ventajas permiten determinadas información, consúltala con el el campo de la electrónica la validez de • teórica científico- Conocimiento del origen, ventajas y limitaciones de los sistemas binario, octal, decimal y hexadecimal Investiga en textos disponibles en la biblioteca o en fuentes de la Internet, cuándo y por qué surgieron los sistemas binario, octal, decimal y hexadecimal, así como las aplicaciones que tienen cada uno de ellos Redacta así Explica tus resultados de manera escrita. Redacción de trabajo Competencia aplicaciones, como la importancia de estas en alguna PSP • cuadro compañeros y si persisten dudas sobre • un un trabajo en el que 1.1.3. IDENTIFICACIÓN DE CÓDIGOS DE COMPUTADORA • Códigos numéricos. - Números de Punto Fijo La representación del punto decimal -o binariodebido a en un registro se complica, su lugar en él corresponde a una posición entre dos fiip-flops. Hay dos maneras de especificar la posición del punto decimal en un registro: dándole una posición fija, o empleándola como una representación de punto flotante. El método de punto Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento que 50 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES fijo supone que el punto decimal está 1. La representación de magnitud con signo siempre fijo en una posición, las dos posiciones más ampliamente utilizadas son: el punto decimal en el extremo 2. La representación del complemento a 1 con signo izquierdo del registro para hacer del número almacenado una fracción y, el punto decimal en el extremo derecho del registro para hacer del número almacenado un entero. En cualquier 3. La representación del complemento a 2 con signo. En la representación de la magnitud está con signo de un número negativo, la puede deducir por el hecho de que el continuación del signo negativo. En las tratado como una fracción o como un negativo caso, el punto actualmente pero decimal su no presencia se número almacenado en el registro es entero. En la representación del punto flotante se utiliza un segundo registro para magnitud del número se inserta a otras dos representaciones, el número es representado complemento a 1 ó designación de posición. Para ejemplificar, como el a 2 de su considérese el almacenar un número que designa la número 9 almacenado en un registro primer registro. bit de signo O en la posición más a la Cuando un número binario de punto binario equivalente de 9; posición del punto decimal en el fijo es positivo, el signo se representa por 0 y la magnitud del número binario positivo. Cuando el número es negativo el signo se representa por I pero el resto del número puede representarse mediante una de las tres siguientes maneras: de 7 bits. El +9 se representa por un izquierda, por el número 1 001001. Nótese que cada uno de los siete bits del registro debe tener un valor y por consiguiente, los 0's se deben insertar en las dos posiciones más significativas que siguen al bit del signo. Aunque hay solamente una manera de representar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento seguido 51 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES +9, hay tres maneras diferentes de Los representar decimales requieren un mínimo de — representaciones continuación: 9. se Estas muestran a a) En la representación de magnitud con signo 1 001001 b) En la códigos cuatro diferentes complemento a I con signo del para numerosos pueden dígitos códigos formularse arreglando cuatro o más bits en 10 combinaciones Algunas representación bits; binarios de posibles esas distintas. posibilidades se muestran en la tabla siguiente: 1 110110 c) En la representación complemento a 2 con signo del 1 110111 La representación de magnitud con signo de -9 se obtiene de +9 (0 001001) complementando solamente el bit del signo. La representación del complemento a 1 con signo de -9 se obtiene complementando todos los bits de 0 001001 (+9), incluyendo el bit del signo. La representación del complemento a 2 con signo se obtiene tomando el complemento de 2 del número positivo, incluyendo su bit del signo. - Representación con exceso El BCD (decimal codificado en binario) ha sido presentado ya antes. Utiliza una asignación directa del equivalente binario del dígito. Las seis combinaciones de bits no utilizadas enumeradas no tienen sentido cuando se utiliza el BCD, precisamente porque la letra H no tiene significado cuando Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 52 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES los símbolos del dígito decimal se escriben hacia abajo. Por ejemplo, Sugerencias o notas decir que 1001 1110 es un número decimal en BCD es como decir que 9H es un número decimal en la designación convencional de símbolo. teórica Ambos casos contienen un símbolo un número que no tiene significado. Una desventaja de utilizar BCD es la complemento a 9 del número debe ser calculado. Por otra parte, • 8421, 2421, Exceso-3 y Exceso- tabla anterior. Estos dos tipos de 3 Gray. códigos tienen una propiedad auto• complemento de 9 de un número de estos códigos, se obtiene fácilmente cambiando los 1 a O y los O a 1. Esta signo. CONTEXTUALIZAR CON: obtenida y fácilmente cuáles avances propiedad es útil cuando se realizan representación de complemento con Elabora un cuadro mediante el cual presentes la información decimal cuando se representa en uno la y puedan verse son los aportaciones que hacen unos sobre otros • Redacta respecto tus a conclusiones la utilidad e importancia de estos códigos en tu formación Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento se aplicaciones de los códigos BCD de exceso 3 que se enumeran en la en cómo cuáles han sido las principales fácilmente con el 2421 y los códigos aritméticas especializado, originaron, en qué consisten y complemento a 9 se puede obtener operaciones Investiga en Internet o en algún texto el complementadora, es decir, que el científico- Conocimiento del origen y características principales de los códigos BCD 8421, 2421, Exceso-3 y, Exceso-3 Gray inválido y. por consiguiente, designan dificultad que se presenta cuando el Competencia como técnico 53 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES BCD y uno para el signo. El punto profesional. decimal no se indica físicamente en el registro; solamente se supone que está allí. - Números de Punto Flotante El exponente contiene el número La representación de punto flotante de decimal +04 (en BCD) para indicar que primera cuatro posiciones a la derecha de un número necesita dos partes. La representa un número de la posición actual del punto decimal es punto fijo con signo, denominado la donde se supone posición del punto decimal (o binario) y número expresado como una fracción del punto fijo puede ser una fracción o esto es, +.6132789 X 10+04. Debido a decimal +6132.789 se representa en veces mantisa. La segunda parte designa la se denomina el exponente. La mantisa un entero. Por ejemplo, el número punto flotante como sigue: el punto decimal. Esta representación es equivalente al multiplicada por 10 a un exponente, esta analogía, a la mantisa, se fraccionaria. le algunas parte denomina En el ejemplo previo, se ha supuesto que la mantisa es una fracción de punto fijo y que el exponente está La mantisa tiene un 0 en la posición más a la izquierda para denotar el asociado con una raíz de 10. Algunos computadores suponen un entero de signo+. La mantisa aquí se considera punto fijo para la mantisa. Además, la tal manera que el punto decimal se función del sistema numérico que está dígito más significativo. Cuando la Considérese, que es una fracción de punto fijo, de raíz supuesta para el exponente es una supone que está a la izquierda del siendo representado en el registro. por ejemplo, mantisa decimal se almacena en un computador flops: cuatro flip-flops para cada dígito raíz 8 para los números. El número registro, requiere por lo menos 29 flip- supone representación entera para la mantisa y Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento que un 54 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES octal +36.754 = 36754 x 83, en su Un número binario de punto flotante se representación representa de punto flotante, tendría esta expresión: de una manera similar excepto que la raíz se supone que es 2. Por ejemplo, el número +1001.11 se representa en un registro de 16 bits con la mantisa ocupando diez bits y el Cuando este número se representa en un registro, en su forma codificada en exponente seis bits, tal como se muestra enseguida: binario, el valor real del registro es entonces: 0 011 110 111 101 100 El punto flotante siempre se interpreta que representa un número de la siguiente manera: La mantisa se supone que es una fracción de punto fijo. Si la mantisa se supone que es un entero, el exponente sería 1 00101 (—5). Solamente la mantisa y el exponente e son representados físicamente en el registro, incluyendo sus signos. La raíz r y la posición del punto de raíz de la mantisa son siempre supuestos. Los circuitos que manipulan los números CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio de punto flotante en los registros deben conformarse considerando estas dos suposiciones para lograr que los cálculos sean correctos. teórica Competencia científico- Aplicar las reglas para hacer la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 55 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES conversión de números emplean punto flotante • que expresar binario en el cantidades con uno de los elementos asignado a las sistema siguientes combinaciones de bits; 00, punto 01, 10, u 11. Un conjunto de ocho flotante • elementos requiere un código de 3 Expresa los bits, un conjunto de 16 elementos números requiere un código de 4 bits, y así 23/8=2.875 y 23/4=5.75 como sucesivamente. La asignación de los números binarios. • Calcular la suma y resta bits más comúnmente utilizada para de los dígitos decimales es la asignación estos números en forma binaria • Pide al resultados de cuatro elementos puede codificarse por un código de dos bits con cada Haz un repaso al procedimiento para codificado. Por ejemplo, un conjunto PSP que revise binaria directa que se puede observar en las primeras 10 entradas de la Tabla tus siguiente. Este código particular es denominado decimal codificado en binario y se le conoce comúnmente por su abreviación BCD. • Códigos de caracteres y otros códigos - Decimal Codificado en Binario (BCD) Un código binario es un grupo de n bits que supone hasta 2ⁿ combinaciones diferentes de l's y 0's, en donde cada una de las combinaciones representa un elemento del conjunto que está siendo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 56 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En la siguiente tabla se muestra una lista parcial del código ASCII. Además del grupo de código binario para cada carácter, en la tabla se dan los equivalentes octal y hexadecimal. - Código ASCII El código alfanumérico más utilizado es el Código Internacional Estándar para Intercambio de Información (ASCII, por sus siglas en inglés). El código ASCII es un código de 7 dígitos y por ende tiene 2⁷=128 grupos de códigos posibles. Esto es más que suficiente para representar todos los caracteres estándar de un teclado, así como funciones de control como RETURN y LINEFEED. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 57 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - El código Gray Es muy utilizado electromecánicos Si se observa, por ejemplo, el caso que en sistemas controlados digitalmente. Se emplea para codificar la posición angular o lineal de dispositivos o piezas mecánicas que giran o se desplazan. corresponde a la transición entre 7 y 8, se verá que el código binario muestra todos sus bits cambiando, se pasa de 0111 a 1000, mientras que en el Gray sólo uno de ellos cambia, al pasar de 0100 a 1100. Este código, al que también se le conoce como código reflejado, y que pertenece a una clase de códigos de distancia unitaria, encuentra aplicación en la simplificación de expresiones lógicas mediante mapas de Karnaugh, como se verá más adelante. La propiedad que lo hace interesante, y que lo coloca en la categoría de códigos de distancia unitaria, es que entre dos posiciones o números consecutivos cualesquiera del código, sólo uno de los bits cambia, situación que es completamente diferente a la del código binario. En la siguiente figura se muestran los números decimales del O al 15 con su correspondiente equivalente binario y también su representación en Gray. CONTEXTUALIZAR CON: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 58 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES A menudo se presenta el caso de que Investigación documental los códigos alfanuméricos anteriores deban ser transmitidos a otro sitio, lo Competencia información de Investiga en textos disponibles en la biblioteca o en fuentes de la Internet principales cuáles son aplicaciones las del codificada, debido a ruidos y otras imperfecciones del canal de comunicación. Como resulta imposible evitar estos errores se utiliza una estrategia con la cual -mediante el uso de bits adicionales a los de los códigos a detectarlos. transmitir- es posible código Gray y el código ASCCI, Cuando se detecta que la información las computadoras. una serie de procedimientos tendientes tanto a nivel industrial como de • cometan errores en la recepción de la información Conoce cuáles son las principales aplicaciones de códigos alfanuméricos. • que conlleva un alto riesgo de que se Elabora un texto en el que presentes los resultados de tu búsqueda y expliques por qué son importantes este tipo de códigos. recibida contiene errores, se da inicio a a subsanar el problema; uno de ellos consiste simplemente en solicitar la retransmisión del dato errado. Pero cuando los códigos de detección de error son lo suficientemente fuertes, no sólo es posible asegurar que ha habido una falla sino también corregirla, sin necesidad de solicitar • Códigos para detección y corrección retransmisión. de errores Otro procedimiento - Códigos de Paridad digitales, el término paridad se refiere identificar errores es el de paridad. En sistemas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento para 59 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES específicamente al número de contenidos en un dato binario. Existen dos tipos de paridad: 1’s la paridad par y la paridad impar. Cuando se dice que un dato binario presenta paridad par, significa que el número de 1’s contenidos en el dato es un número par. Por el significa contrario, que el paridad número contenidos en el dato es impar. En consecuencia, antes de enviarlo, se le anexa un octavo bit igual a 1, lo cual logra que el número total de 1’s en el dato se convierta en par porque ahora queda con cuatro 1’s. Si el número de 1’s contenidos en el dato ya es par, de todas maneras se adiciona un octavo bit, pero de valor igual a 0. impar, de 1’s En sistemas de detección de paridad par, la técnica consiste en anexar a todo dato que se vaya a enviar, un bit de 1 ó de 0, según sea necesario, con el fin de que los datos que se envíen todos presenten paridad par. En la siguiente figura se ilustra la aplicación del método de paridad par en el caso de un dato de 7 bits, cuyo contenido de unos es impar porque contiene tres unos. La transmisión de códigos ASCII de 7 bits se presta bien al uso de esta técnica, usualmente la transmisión de datos se realiza en grupos de 8 bits, por lo cual, al agregar a estos códigos el bit de paridad, se completa justamente un dato binario de 8 bits. Cuando se recibe un dato, lo primero que hace el dispositivo receptor es Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento pues 60 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES contar el número de 1’s en el mismo. Si encuentra que este número no es par, se procede a notificar la ocurrencia de un error para que el sistema tome las medidas que sean necesarias a fin de garantizar la integridad de la información recibida. Es importante anotar que el uso de los códigos de paridad para la detección de errores el método más débil para no había exactamente dos unos en cada penta-bit. Este cero por error, el receptor no será capaz de detectar la presencia del error, pues el dato seguirá conteniendo un número par de unos, y por tanto la paridad del dato no se ve afectada a pesar de que existen fallas en la recepción. seguía únicamente detectando errores por cambio en un solo bit; si en un mismo penta-bit un 0 cambiaba a 1 y un 1 cambiaba a 0, la regla de dos-entre-cinco se seguía cumpliendo y el error quedaba sin descubrir. - Código Hamming identificarlos. Por ejemplo, si en la transmisión, dos unos se cambian a código Un error en un dato binario se define como un valor incorrecto en uno o más bits. Un error simple es un valor incorrecto en un solo bit, mientras que un error existencia múltiple de incorrectos. dos Los se refiere o más errores a la bits pueden deberse a fallas de los equipos, a interferencia - Código 2 entre 5 externa, o a otros eventos. En los años 40, Bell utilizó un código algo más sofisticado conocido como dos-entre-cinco. Este código se basa en que cada bloque de cinco bits (conocido como penta-bit) tuviera exactamente dos unos. De este modo, la computadora podría detectar posibles errores cuando en su entrada En 1950, Richard Hamming publicó la descripción de una clase de códigos que permiten, no sólo la detección, sino también la corrección de errores múltiples en un dato. Los códigos de Hamming, como se les conoce, pueden Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 61 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Identificación de los orígenes del código Hammi algoritmo para su obtención ser vistos como una extensión de los códigos de paridad simple, en el sentido de que se utilizan varios bits de paridad o, bits de verificación, como • Internet por qué surgió el código Hamming, se les conoce también. Las propiedades de detección y corrección de errores en un código de algoritmo que se sigue para obtenerlo en caso • de bits de verificación utilizados, y por la forma en que se • Hamming, los cuales se al posible, compara tus conclusiones Realización del ejercicio Existen muchos otros códigos que similares es diferencias contigo. información. funciones Si compañeros y analiza sus argumentos c ubican en relación con los bits de cumplen Analiza detenidamente el algoritmo y con escribe por qué permite identificar y corregir lo Hamming están determinadas por el número Investiga en la biblioteca o en las fuentes disp de utilizan dependiendo de la aplicación y de los Competencia lógica equipos que intervengan y pueden Elaboración de códigos y detección de errores llegar a ser muy complejos cuando la seguridad del sistema así lo requiere. • Con base en los contenidos que revisaste so realiza los siguientes ejercicios: • CONTEXTUALIZAR CON: Supóngase que se transmite una palabra de recibe una palabra que no pertenece al cód 1110101. ¿Cuál sería la palabra transmitida co Investigación documental • Codifique los siguientes números en los có exceso 3 Competencia científico-teórica a) 39 b) 1950 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 62 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES c) 94704 • 1.2.1. ANÁLISISde DE CIRCUITOS LÓGICOS Defina un código de 4 bits para la representación EMPLEANDO dígitos decimales, con la propiedad de que las palabras de ÁLGEBRA BOOLEANA código para dos dígitos cualesquiera cuya diferencia sea uno, difieran sólo en una posición de bits, y que esto El álgebra Booleana es un álgebra que también se cumpla para los dígitos 0 y 9. tiene que ver con las variables binarias y Resumen con operaciones lógicas. Las variables se designan por letras tales como A, B, X, y Y . Las tres operaciones Competencia analítica lógicas básicas complemento. son AND, OR y En este contexto, una función Booleana es una expresión Identificación de la forma de operación electrónica de los algebraica formada circuitos lógicos con variables binarias, con los símbolos de operación • paréntesis, y con el signo de lógica, la con Internet: de igual. http://www.fing.edu.uy/inco/cursos/arqsis/recursosTeóric Consulta la siguiente página os/ • El propósito del álgebra Booleana es análisis y diseño de circuitos Elabora un resumen en el que plantees facilitar con tuselpropias digitales, básicas pues constituye una palabras cómo opera cada una de las compuertas en dispositivos electrónicos sencillos. herramienta conveniente para: • Expresar en forma algebraica una relación de tablas de verdad entre las variables. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.2 Operar circuitos lógicos implementados mediante lógica electrónica combinacional. • Expresar en forma algebraica la relación entrada-salida de diagramas lógicos. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 63 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Encontrar simples circuitos para la más misma función. • Dualidad Los postulados anteriores han sido listados en pares y repartidos dos Manipulando una expresión Booleana partes. Una parte puede obtenerse de de acuerdo a las reglas del álgebra otra si los operadores binarios y los Booleana, elementos uno puede obtener una de identidad son expresión más simple que requiere intercambiables; cómo se logra esta simplificación, es llama principio de DUALIDAD, que menos compuertas. Antes de abordar necesario revisar posibilidades de cuáles con las manipulación que ofrece el álgebra Booleana. • Postulados básicos La tabla siguiente enlista las relaciones este principio importante del álgebra de Boole se establece que algebraicas postulados en las expresiones deducidas del álgebra de de los Boole (bivalente), los elementos de identidad son los mismos que los elementos del conjunto “B”. básicas del álgebra Booleana; todas • tablas de verdad. Las primeras ocho El señor DeMorgan, un buen amigo de que aparecen en la tabla corresponden Boole, derivó por su cuenta muchas de ella misma, o en conjunto con las antes que Boole. El trabajo de Boole, constantes binarias de 1 y 0. Las debido en parte a su enfoque un poco siguientes cinco relaciones (9 a 13) son más práctico, encontró mejor acogida ellas pueden probarse por medio de a la relación entre una sola variable y similares a las del álgebra ordinaria. Teoremas Fundamentales. las reglas del álgebra Booleana, incluso que el de su amigo. Sin embargo, Boole, en reconocimiento a su labor, le dio crédito nombrando estas dos importantes leyes en su honor. Estas dos leyes, o transformaciones como a veces se les llama, son de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 64 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES mucha importancia y trascendencia desde el punto de vista de los circuitos, y también desde el punto de vista teórico, pues permiten la derivación y simplificación de un considerable número de resultados. Dichas leyes establecen que: De igual manera, la ecuación (2) indica que la NAND es entonces equivalente a una Son leyes poderosas, pero de ninguna manera obvias. El término A + B indica compuerta OR con sus dos entradas negadas, como se ve en la siguiente figura: que primero se debe efectuar la OR entre las variables A y B, y después negar el resultado. De manera similar, el término A • B requiere que primero se efectúe la AND entre A y B y luego se invierta el resultado. La expresión en el lado izquierdo de la ecuación (1), no es más que la función lógica correspondiente a la compuerta CONTEXTUALIZAR CON: Estudio individual NOR, y por tanto, se concluye, según esto, que una compuerta NOR es equivalente a una compuerta AND con sus dos entradas negadas, como se muestra en la figura siguiente. Competencia científico-teórica Identificar los antecedentes y principios de proposicional Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 65 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES continuación • requieren que la expresión lógica se presente bajo la Consulta la siguiente dirección en Internet:forma de suma de productos (SOP). Los siguientes son algunos ejemplos de http://www.monografías.com/trabajos16/cálculoesta forma de representación: proposicional.shtml • Revisa en el proposicional texto y cómo cuáles se inició fueron las el cálculo principales aportaciones que hicieron los distintos teóricos a que se alude en él. • • • Cada una de estas expresiones de sumas de productos consta de dos o Profundiza en los principios del álgebra booleana más términos AND (productos) que se operan Identifica las principales aplicaciones de esta rama con de OR. Cada término AND consta de una o más variables que la matemática aparecen individualmente, ya sea en Si persisten algunas dudas sobre el contenido forma que complementada o sin revisaste, es conveniente que consultes otras fuentes, complementar. Por ejemplo, en la ya sea textos, compañeros, al PSP o expresión a algúnde suma de productos ABC especialista. + A’BC’, el primer producto AND contiene las variables A, B y C en sus formas 1.2.2 CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN • Formas algebraicas de las funciones de conmutación - Formas SOP y POS Los métodos de simplificación y diseño de circuitos lógicos que se estudian a complementadas invertidas). El segundo término AND contiene A en expresión y C en sus formas complementadas (invertidas). Note que una de suma de productos, un signo de inversión no puede cubrir más de una variable en un término. Algunas veces se usa otra forma general de expresiones lógicas para el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento (no 66 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES diseño de circuitos lógicos llamada producto de sumas (POS), la cual consiste en dos o más términos OR (sumas) que se operan con AND. Cada Para comenzar se analizará la forma canónica de minitérminos. En esta forma cada uno de los términos se integra por productos lógicos de unas término OR contiene una o variables en variables (negadas una a una o no) con complementar. Algunas expresiones de teniendo que aparecer finalmente en suma de productos son: cada término todas y cada una de las forma complementada o sin otras (negadas una a una o no), variables que intervienen en la función (negadas o no una a una). Por último, todos los términos involucrados deberán sumarse lógicamente en una única expresión. Esta expresión es la - Formas Canónicas Toda función lógica puede expresarse en cualquiera canónicas que de las dos existen. formas Estas dos formas de representación universales son: por un lado, la forma forma canónica de minitérminos. El aspecto de una forma canónica de este tipo tendrá un aspecto similar a los siguientes: de maxitérminos o maxterms y, por otro lado, la forma de minitérminos o minterms. Cada una de estas formas canónicas está formada por un número de términos variable. En cada uno de esos términos deben aparecer todas las variables de la función, ya sea en forma negada o en forma directa (sin negar). Además, en las formas canónicas no existen términos repetidos. Veamos ahora la forma canónica de maxitérminos. En ella los términos se forman no con el producto lógico, sino con la suma lógica; la expresión completa de maxitérminos se consigue multiplicando lógicamente todos los términos y no sumándolos como pasaba en la otra forma canónica. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 67 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Ejemplos de formas canónicas maxitérminos son ser los siguientes: de aquellas filas de la tabla en las que W=1. Cada una de estas filas corresponderá a un término de la forma canónica. Dentro de cada término, si una variable tiene valor 0 deberá negarse. Por contra, si tiene valor 1 deberá aparecer sin negar. Entonces, La relación existente entre tablas de la verdad y formas canónicas: la forma minitérminos canónica correspondiente a de la función W es la siguiente: Supongamos que tenemos una tabla de la verdad de una función lógica tal como la que sigue (W es la función y a, b y c las variables de dicha función): Véase ahora la forma canónica de maxitérminos. En este caso es necesario identificar las filas de la tabla en las que W=0. Igual que antes, cada a b c W 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 cada término la variable que tenga 0 1 1 1 valor 0 debe aparecer sin negar, y 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 Para expresar W en forma canónica de minitérminos es necesario identificar una de estas filas corresponderá a un término de forma canónica de maxitérminos. Ahora bien, dentro de negada la que tenga valor 1. Así pues, W en forma canónica de maxitérminos es la siguiente: • Compuertas lógicas-AND, OR, NAND, NIR, XOR, XNOR Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento la 68 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES La lógica binaria tiene que ver con enumeran en la tabla que aparece en variables binarias y con operaciones la página siguiente: que toman utilizada un para sentido lógico. describir, en Es forma algebraica o tabular, la manipulación y procesamiento de información binaria. La manipulación de información binaria se hace mediante circuitos lógicos que se denominan compuertas. Las compuertas son bloques del hardware que producen señales del binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de la entrada compuertas lógica. lógicas comúnmente en compuerta se diversas encuentran sistemas computador digital. Cada Las de tiene un símbolo describirse por medio de una función Las relaciones entrada- salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad. Los nombres, compuerta tiene una o dos variables binarias de entrada designadas por A y B y una salida binaria designada por x. La compuerta AND produce la unión lógica AND: esto es, la salida es 1 si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1; de otra manera, la salida es 0. Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad para la compuerta AND. La tabla muestra que la salida x es 1 solamente cuando ambas entradas A y B están en 1. gráfico diferente y su operación puede algebraica. Como puede advertirse en ella, cada símbolos gráficos, El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo que el símbolo de la multiplicación de la aritmética ordinaria, aunque significa lo mismo. Para no representar esta compuerta puede utilizarse un punto entre simplemente las ponerlas variables o juntas sin ningún símbolo de operación entre de ellas. Las compuertas AND pueden verdad de ocho compuertas lógicas se tener más de dos entradas y, por funciones algebraicas, y tablas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 69 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES definición, la salida es 1 si y solamente entrada. si todas las entradas son 1. simplemente para amplificación de la La compuerta OR produce la función Este circuito se utiliza señal. OR inclusiva, esto es, la salida es 1 si la Por ejemplo, un separador que utiliza 3 entrada A o la entrada B o ambas V para el binario 1 producirá una salida entradas son 1; de otra manera, la de 3 V cuando la entrada es 3 V. Sin salida es 0. El símbolo algebraico de la embargo, la corriente suministrada en aritmética de suma. Las compuertas OR la corriente producida en la salida. De por excitar muchas otras compuertas que función OR es + ,similar a la operación pueden tener más de dos entradas y definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1. la entrada es mucho más pequeña que esta manera, requieren Lo que hace el circuito inversor es precisamente invertir el sentido lógico de una señal binaria. Produce el NOT, o función, complemento. Los símbolos una un separador cantidad puede mayor de corriente que de otra manera no se encontraría en la pequeña cantidad de corriente aplicada a la entrada del separador. algebraicos utilizados para representar La función NAND es el complemento de el complemento de una señal pueden la función AND, como se indica por el ser el correspondiente a prima (‘) o una símbolo gráfico que consiste de un barra sobre el símbolo de la variable El círculo pequeño en la salida de un símbolo gráfico de un inversor designa un complemento lógico. Un símbolo triángulo por sí mismo designa un circuito separador. Un separador no produce ninguna función lógica símbolo gráfico AND seguido por un pequeño círculo. La designación NAND se deriva de la abreviación de NOTAND. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que es la función AND la que se ha invertido. particular puesto que el valor binario La compuerta NOR es el complemento de la salida es el mismo que el de la de la compuerta OR y utiliza un Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 70 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES símbolo gráfico OR seguido por un círculo pequeño. Tanto las compuertas NAND como la NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente. La compuerta OR exclusiva tiene un símbolo gráfico similar a la compuerta OR excepto por una línea adicional curva en el lado de entrada. La salida de esta compuerta es 1 si cada entrada es 1 pero excluye la combinación cuando las dos entradas son 1. La función OR exclusiva tiene su propio símbolo algebraico, y también puede expresarse en términos de operaciones complementarias AND u OR como se muestra en la tabla anterior. El NOR exclusivo es el complemento del OR exclusivo como se indica por el círculo pequeño en el símbolo gráfico. La salida de esta compuerta es 1 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 71 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES solamente si ambas entradas tienen el general están disponibles con dos mismo valor binario. En este sentido, la entradas. función entenderse NOR como exclusivo la puede función de equivalencia. Otra forma de identificar la operación OR exclusivo sería la de una función impar: esto es, la salida es CONTEXTUALIZAR CON: Comparación de resultados con tus compañeros 1 si un número impar de entradas es 1. Así, en una función OR (impar) exclusiva de tres entradas, la salida es Competencia lógica 1 si solamente la entrada es I ó si todas las tres entradas son 1. Interpretar circuitos lógicos con base en la simbología establecida La función de equivalencia es una función par: esto es, su salida es 1 si un número par de entradas es 0. Para • representar entradas, la salida es 1 si ninguna de elabora las entradas son 0 (todas las entradas son • el de entradas, pero las dos funciones estos dos tipos de compuertas por lo Consulta • la Compara tus resultados con los de tus compañeros • Si persisten dudas, consulten con el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento nuevamente interpretarlo correctamente son iguales cuando el número de entradas es impar. Cabe señalar que aparecen información si tienes dudas para complemento la una de la otra cuando las compuertas tienen un número par que enseguida. comportamiento de las compuertas se equivalencia lógicos, un texto en el que diagramas (una entrada es 1). Si se analiza el de circuitos interpretes cada uno de los dos son l)o si dos de las entradas son 0 funciones el significado de los símbolos que se utilizan para una función de equivalencia de tres evidencia que el OR exclusivo y las Con base en PSP o con otros 72 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES aplicación de este método incluye dos especialistas en el tema pasos esenciales: • 1.2.3 Análisis de Combinatorios • • complejo pueden aplicarse los teoremas del álgebra booleana, aunque por desgracia no siempre es obvio cuáles de ellos deben aplicarse para obtener el resultado más simple. Además, no hay una forma fácil para afirmar repetida teoremas de DeMorgan y la multiplicación de términos. Para simplificar la expresión de un lógico forma SOP mediante la aplicación Circuitos Método Algebraico circuito La expresión original se pone en si la expresión Una vez que la expresión original esté en forma SOP, los términos del producto se verifican para ver si hay factores comunes, y se realiza la factorización donde sea posible. Para simplificar el circuito mostrado en la figura siguiente: simplificada está en su forma más simple o si se podría simplificar aún más. Por ello, a menudo la simplificación algebraica se convierte en un proceso de ensayo y error que es más eficiente en la medida en que se obtiene experiencia al hacerlo. El siguiente ejemplo ilustra algunas aplicaciones de los teoremas del álgebra booleana para simplificar una El primer paso consiste en determinar la expresión para la salida: expresión. Es importante observar que en éste como en cualquier otro caso, la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 73 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Una vez que se ha determinado la Una tabla de verdad es un medio para expresión, se procede a descomponer describir cómo la salida lógica de un todos los signos de inversión grandes circuito depende de los niveles lógicos luego multiplicar todos los términos. circuito. usando los teoremas de DeMorgan, y presentes en las entradas de Para explicar cómo funciona método para análisis de un este circuitos combinatorios basado en tablas de verdad, Ahora, con la expresión en forma SOP, se buscan variables comunes entre los es conveniente recurrir al ejemplo basado en las figuras a, b y c que aparecen a continuación. diversos términos con la intención de factorizarlos. El primer y tercer términos del párrafo anterior tienen AC en común, los cuales se pueden factorizar: En la imagen (a), se presenta la tabla de verdad para un circuito lógico de Este resultado ya no se simplificar más. • Método de Tabla de verdad puede dos entradas; en ella aparecen todas las combinaciones posibles de niveles lógicos presentes en las entradas A y B, junto con el correspondiente Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento nivel x. La de salida primera 74 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES anotación de la tabla muestra que cuando A y B están en el nivel 0, la salida Y está en el nivel 1, o, de manera equivalente, en el estado 1. En la segunda anotación se muestra que cuando la entrada B se cambia al estado 1, de manera que A =0 y B=1, la salida x se convierte en 0. De manera similar, en la tabla se muestra circuito combinacional cambian en un intervalo de tiempo definido. Este método se ilustra en el siguiente ejemplo: Para el diagrama de tiempo y el circuito mostrado determine la forma de onda en la salida de la compuerta OR. qué le sucede al estado de la salida para cualquier conjunto de condiciones de entrada. En las figuras (b) y (c) se muestran ejemplos de tablas de verdad para los circuitos de tres y cuatro entradas. De nuevo, en cada tabla se listan todas las combinaciones posibles de niveles lógicos de entrada a la izquierda, con el nivel lógico resultante para la salida a la derecha. Por supuesto, los valores reales dependerán del tipo de circuito lógico. • Análisis de diagramas de tiempo Solución Para este tipo de análisis se suponen • Las tres entradas de la compuerta tiempo, es decir, durante un intervalo muestran sus diagramas en forma cambios de estado en función del de tiempo definido las entradas de un OR: A, B y C varían, tal y como lo de onda. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 75 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • La salida de la compuerta OR se tamaño (amplitud y anchura) determina tomando en cuenta que dependen de la velocidad a la cual será ALTA cuando cualquiera de ocurren las tres entradas esté en un nivel entrada. las transiciones de la ALTO. Usando este razonamiento, la forma de onda de salida es como se muestra en la figura. • Se debe poner especial atención a lo que sucede en el tiempo t1. En el diagrama se muestra que en ese instante la entrada A pasa de ALTA RESULTADO DE APRENDIZAJE Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. a BAJA, en tanto que la entrada B pasa de BAJA a ALTA. • Considerando que estas entradas están haciendo sus transiciones aproximadamente tiempo, y transiciones al mismo como dichas toman una cierta cantidad de tiempo, existe un intervalo corto cuando ambas entradas de la compuerta OR están en el rango indefinido entre 0 y 1. • Cuando esto ocurre, la salida de la compuerta OR también adopta un valor en este rango, como lo evidencia el "pico", o impulso, en la forma de onda de la salida en ti. La ocurrencia de ese pico y su 1.3.1 SÍNTESIS DE CIRCUITOS COMBINATORIOS • Redes - AND, OR y NAND Cualquier circuito lógico, sin importar qué tan sea, puede ser completamente descrito mediante el uso de las tres operaciones básicas booleanas, ya que la compuerta OR, la compuerta AND y el circuito NOT son los bloques de construcción básicos de los sistemas digitales. Por ejemplo, el circuito que aparece en la siguiente figura tiene tres entradas: A, By C, y una sola Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento complejo salida, x. Utilizando 76 la PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES expresión booleana compuerta, se para puede cada determinar combinación adecuada, se pueden usar para realizar operaciones fácilmente la expresión para la salida. INVERSIÓN. cada una booleanas OR, de las AND e Esto puede demostrarse mediante el análisis de la siguiente figura: La expresión para la salida de la compuerta AND se escribe A • B. Esta salida AND está conectada como una entrada a la compuerta OR junto con C. otra entrada. La compuerta OR opera sobre sus entradas de manera que su salida es la suma OR de las entradas. Así, se puede expresar la salida OR como x = A • B + C. Esta expresión final también se podría escribir como X = C + A • B. puesto que no importa cuál término de la suma OR se escriba primero. Como se Primero, en la figura (a) tenemos una dijo antes, todas las expresiones booleanas se conforman con base en distintas combinaciones de las operaciones básicas OR, AND e INVERSIÓN, por lo tanto, también es cierto puede que cualquier integrar expresión usando se únicamente compuertas NAND. Esto se explica porque las compuertas NAND, en la compuerta NAND conectadas de tal dos manera entradas que la variable A se aplica a ambas entradas. En esta configuración, la compuerta NAND simplemente actúa como un INVERSOR, puesto que su salida es x = A • A = A. En la figura compuertas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento de (b) NAND tenemos dos conectadas de 77 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES manera que se lleva a cabo la operación AND. La compuerta NAND 2 se usa como un INVERSOR para dichos diagramas • Para cada una de las transformaciones implicadas en cambiar AB a AB = AB, la cual es la función AND deseada. cada tipo de negación, toma una La operación OR se puede implementar márcala con marca con color usando compuertas NAND, como se muestra en la figura (c). Aquí las de las copias de los diagramas y • observa compuertas NAND 1 y 2 se usan como B, la cual se puede simplificar a x = A + B usando el teorema de DeMorgan. qué semejanzas y diferencias hay entre ellos INVERSORES para invertir las entradas, de manera que la salida final es v = A • Compara todos los diagramas y • Explica con base en dichas semejanzas y diferencias por qué la compuerta OR se puede implementar usando compuertas CONTEXTUALIZAR CON: NAND Observación - OR, AND y NOR En ocasiones puede haber confusión Competencia analítica Identifica las transformaciones a que conducen las tres operaciones básicas del álgebra booleana • Copia 4 ó 5 veces los diagramas que aparecen en la hoja anterior • Relee la acompaña la explicación descripción que de respecto a cuál es la operación que se realiza primero en una expresión. La expresión A • B + C se puede interpretar de dos formas: como A • B opera con C, o bien, como A opera con AND con el término B + C. Para evitar esta confusión, se entenderá que si una expresión ambas operaciones AND y OR, las operaciones AND se realizan primero, a menos que Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento contiene 78 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES existan paréntesis en la expresión, en utilizarse para implementar cualquiera cuyo caso la operación dentro del de las operaciones booleanas; para paréntesis se llevará a cabo primero. ello, véase la siguiente figura: Esta es la misma regla que se usa en el álgebra común para determinar orden de las operaciones. el Para ilustrar esta regla considérese el siguiente circuito: • compuerta NOR con sus entradas La expresión para la salida de la conectadas juntas se comporta compuerta OR es simplemente A + B. como un INVERSOR, ya que su Esta salida sirve como una entrada para salida e x=A + A =A la compuerta AND junto con otra entrada, C. De esta manera, la salida de compuerta AND se expresa como • X manera que se lleva a cabo la uso del paréntesis indica que A y B operación OR. La compuerta NOR operan primero con OR, antes que su 2 se usa como un INVERSOR para suma OR realice la operación AND con De manera similar, puede demostrarse que las compuertas NOR pueden En la figura (b) se muestran dos compuertas NOR dispuestas de = (A + B} • C. Obsérvese aquí que el C. Sin el paréntesis se interpretaría incorrectamente, puesto que A + B • C significa que A se opera con OR con el producto B • C. En la parte (a) se muestra que una cambiar (A + B)´a (A + B)´´ = A + B, la es la función OR deseada. • La operación AND se puede implementar con compuertas NOR. Aquí las compuertas NOR 1 y 2 se usan como INVERSORES para las Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento cual 79 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES entradas, de manera que la salida • final es x = A + B, la cual s puede alimenta a través de un INVERSOR, simplificar a x = A • B mediante el uso del teorema de DeMorgan. • Como cualquiera de cuya salida, por lo tanto, es A. • manera que la salida OR es igual a A + B. Es conveniente observar que la llevar a cabo usando únicamente NAND, La salida del INVERSOR se alimenta a una compuerta OR junto con B, de las operaciones booleanas se puede compuertas En la figura (a) la entrada A se cualquier barra sólo está sobre A, lo que circuito lógico se puede construir indica que A se invierte primero y NAND. Lo mismo es válido para con B. usando únicamente compuertas compuertas NOR. Esta característica de las compuertas NAND y NOR puede ser muy útil para el diseño de circuitos lógicos. que un INVERSOR esté presente en un diagrama de un circuito lógico, su expresión de salida será simplemente igual a la expresión de entrada con una barra sobre ella. En la figura siguiente se muestran dos ejemplos usando INVERSORES. • En la figura (b) la salida de la compuerta OR es igual a A + B y se alimenta a través de un INVERSOR. Por lo tanto, la salida del INVERSOR es igual a (A + B\ puesto que - Circuitos AND-OR-INVERSOR Siempre luego se hace la operación de OR invierte la expresión de entrada completa. Note que la barra cubre toda la expresión (A + B). Esto es importante porque, como se demostrará más adelante, las expresiones (A + B) y (A + B) no son equivalentes. La expresión (A + B) significa que A opera con OR con B y luego se invierte su suma OR. en tanto que la expresión (A + B) indica que A se invierte y B se invierte, y luego ambos resultados se operan con OR. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 80 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En la figura siguiente se muestran dos ejemplos más que es necesario estudiar con mucho cuidado. operaciones • Analiza el tipo de compuertas implicadas en la siguiente ecuación: • Elabora el diagrama correspondiente a ecuación • Si es posible resultados dicha compara con los de tus otros compañeros e identifica si hay diferencias interpretaciones CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio en y hiciste • sus la que tú Si persisten tus dudas respecto a la forma de representación o al orden consulta Competencia lógica las al PSP operaciones, o algún especialista para que te ayude a resolverlas Elaboración de diagramas de circuitos lógicos • de Factorización Revisa la simbología utilizada • para representar los circuitos La factorización de funciones lógicas lógicos y las reglas respecto al orden en que se realizan las se basa en la Ley Distributiva, la cual estipula que una expresión se puede Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 81 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES desarrollar multiplicando término por de producir el circuito que se muestra término, como en el álgebra común. en la figura (b). Como ambos circuitos El siguiente ejemplo ilustra lo anterior. siguen la misma lógica, es obvio que el circuito más simple es el mejor porque contiene menos compuertas y entonces será más pequeño y barato que el original. Además, la confiabilidad del circuito mejorará debido a que hay menos interconexiones que puedan ser fallas potenciales de circuitos. 1.3.2 SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES DE CONMUTACIÓN • Caracterización de los métodos de minimización Una vez obtenida la expresión para un circuito lógico, puede ser reducida a una forma más simple que contenga • Mapas de Karnaugh menos términos, o menos variables en Un mapa de Karnaugh, al que también expresión Mapa K es un diagrama que se utiliza uno o más implementar términos. La puede usar se un circuito nueva para que sea se conoce como tabla de Karnaugh o para lograr la minimización de equivalente al circuito original, pero funciones algebraicas conexiones. 1950 por Maurice Karnaugh, un físico y que tenga menos compuertas y Para ilustrar lo anterior, el circuito de la figura(a) que aparece debajo de este párrafo se puede simplificar con el fin mapa de Karnaugh fue inventado en matemático de los laboratorios Bell. Cuando se habla del mapeo de Karnaugh se alude a la aproximación Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento booleanas. El 82 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES sistemática que se hace a través de los colocarse los 1’s y obviarse los mapas para llevar a la simplificación 0’s). del circuito. • - Relación entre Tablas de Verdad y variable resultan “vecinos” en la Diagramas de Venn El método de Karnaugh tabla. Esta relación de vecindad, se entiende para definir variables, mapas de karnaugh, que no es sino la como inferior. En las representaciones tabla de verdad de una función lógica, de 5 y 6 variables, las vecindades con las siguientes características: se • Se traza un mapa para cada función de salida. se corresponde con un renglón de la tabla y contiene el valor de la función para esa combinación de las variables (generalmente suelen De acuerdo a estas consideraciones, resultarán mapas de 4 celdas si se opera con 2 variables; de 8 celdas para 3 variables y de 16 celdas para 4 variables. Para representar funciones Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento No se variables. verdad de la función a representar, casillas. superponiendo utilizan, en general, para más de 6 como renglones tiene la tabla de o sea para n variables de entrada, determinan mapas para 4 variables. Están divididos en tantas casillas mapa medianeras izquierdo y el superior con el Son cuadriláteros que representan la del “líneas coincidentes” los límites derecho e - Mapas K de 4 ó más variables. celda el vertical, tal que se interpretan cuadros dentro de un rectángulo. Cada que formando un cilindro horizontal o las distintas regiones arregladas en • considerando mapa se cierra sobre sí mismo, utilización de diagramas de Venn con resultan mapas de y/o complementa: en el caso de 3 y 4 se basa en la elaboración de de los 2n horizontal verticalmente (no diagonal) y se una expresión de manera más simple • Los términos que difieren en una 83 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES de 5 variables se trazan 2 mapas de 4 tener en cuenta el conteo en binario variables natural. que se consideran superpuestos y para 6 variables, deben construirse 4 mapas en una disposición de 2x2, considerados superpuestos de a 2. Los ejemplos que siguen y la elaboración de mapas de acuerdo con las especificaciones seguramente permitirán una mejor comprensión de lo que se ha expuesto. B A 0 1 vecindad de dos 1's ,y haciendo una simplificación por minitérminos que es la más frecuente, eso significa que es posible absorber la variable en que difieren, ya que admiten un factor común término. Mapas de Karnaugh B Cuando se observa en el mapa la BC A En la siguiente figura se ilustra un caso B 00 01 del tipo V+V' = 1 sobre este 11 10 en que el circuito lógico depende de cuatro variables de entrada, A, B, C y D. Tal y como se ha mencionado, se sabe de antemano que esta condición genera una tabla de verdad de 16 filas que corresponden a cada una de las combinaciones posibles de las cuatro variables de entrada. a) 2 variables AB Los números colocados en las celdas indican su correspondencia con los renglones de las respectivas tablas de verdad, construidas con las variables que se colocaron en las columnas en el orden A, B, C,... etc. (declaración de variables). Esta numeración surge de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 84 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES valdrán 1 y 0 respectivamente y que las variables A y B tienen valores 1 y 0 en cuatro ocasiones. De manera similar, en las líneas horizontales del mapa se registran los valores de las variables C y D, también por parejas; de acuerdo con ellas, por ejemplo, 01, corresponde al caso en que C tiene valor 0 y D vale 1 y, por tanto, los cuatro cuadros directamente debajo de 01 serán aquellos para los Esta Tabla de Verdad representa una función cualquiera, y se usa simplemente para ilustrar cómo se elabora el mapa de Karnaugh correspondiente. El mapa debe contener l6 cuadros, uno cuales las variables C y D valgan 0 y 1, respectivamente. Vale la pena señalar que la secuencia de numeración 00, 01, 11, 10 corresponde a una secuencia de conteo en Gray de 2 bits, y, es sobre esto que por cada hilera de la tabla de verdad; se fundamenta el mapa, pues entre dos representan verticalmente las variables cambiará una variable, tanto en el en el costado izquierdo del mapa se A y B, cuyos valores de pareja serán 00, 01, 11 y 10, y donde el primer bit de la pareja el de la izquierda- corresponde al valor de la variable A y el segundo a la variable B. De esta manera, 10 corresponde a la pareja en que los valores son A= 1 y B=0. Nótese también que sobre los cuatro cuadros a cuadros vecinos o adyacentes, sólo sentido vertical como en el horizontal. En las figuras que aparecen debajo de estos párrafos se ilustra el proceso de llenado del mapa de Karnaugh con los datos de la tabla de verdad correspondiente a la variable de salida Z. la derecha de 10, las variables A y B Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 85 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES De manera análoga a como se procedió - Trazo de funciones en forma en el caso de las tres variables, ahora canónica sobre un mapa K se deben identificar aquellas entradas de la tabla cuyas salidas sean iguales a 1. En este caso, la primera de ellas corresponde a la octava fila: 0111, es decir, que A=0, B=l, C=l y D=l. Como la pareja AB vale 01, hay que ubicarse en la segunda hilera del mapa y, como la pareja ubicarse BC vale sobre la 11, es preciso columna que corresponde a 11 en el mapa. El cuadro donde se cruzan estas dos referencias, se indica en la figura. Este procedimiento será mostrado a través de un ejemplo, en donde se incluyen tres variables de salida (F, G, H), por cuatro de entrada (a, b, c, d). Las funciones para cada salida se obtienen por separado ya sea en forma de Mintérminos (SOP) o bien en forma de Maxtérminos (POS). La siguiente tabla servirá para explicar cómo se lleva a cabo la simplificación gráfica de Karnaugh. a b c d F G H 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 86 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 o de maxitérminos de las funciones F, G y H y, que a partir de estas formas canónicas, se pudiera implementar el circuito lógico correspondiente a cada En esta tabla se han diferenciado las funciones de salida de las variables de entrada gracias mayúsculas (para al empleo las funciones) minúsculas (para las variables). de y entrada y tres funciones de salida. una de estas Sin embargo, esta forma de proceder no es la más adecuada por motivos de economía de medios, ya que las formas canónicas no son las expresiones más Se tienen entonces cuatro variables de Cada función. funciones corresponde a una salida del circuito combinacional. Precisamente por eso simples de una función y, como se mencionó antes, mientras más simple sea una función más simple será el circuito que la implemente y mayores las ventajas de costo y posibles se les denomina funciones de salida. riesgos de error. Así pues, se hace Por el contrario, cada una de las canónicas variables de entrada corresponde a una entrada del circuito. Entonces, la tabla de la verdad indica cómo se comportará el circuito, desde el punto de vista de sus salidas, ante cualquier necesario simplificar para las formas obtener otras expresiones más simples y es para esta tarea para la que resultan útiles los mapas de Karnaugh. La simplificación se puede llevar a cabo combinación lógica en sus entradas. de la forma canónica de minitérminos aparecen maxitérminos. Como puede observarse, en la tabla todas las combinaciones o de la forma ¿con canónica base en de qué lógicas posibles de entrada. decidir cuál de las dos usar?Un criterio Para comenzar puede decirse que con partir de la forma canónica que de por base en esta tabla podrían obtenerse las formas canónicas de minitérminos sumamente lógico para hacerlo es sí sea más simple, es decir, de la que tenga menos términos. En el caso de la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 87 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES función F de la tabla correspondería a agrupamientos sean del mayor tamaño la forma canónica de maxitérminos. posible. Una vez hecha esta elección, lo primero que debe hacerse es simplificar F en su forma canónica de maxitérminos. Los agrupamientos pueden realizarse en el mapa que con el que se está desarrollando este ejemplo son los siguientes: Para hacerlo, habrá que trabajar un mapa de Karnaugh de igual número de variables que las que tenga la función a simplificar; en este caso será de cuatro variables. A continuación, se deben registrar 0’s en las casillas del mapa cuyas coordenadas correspondan con los valores de las producen los ceros de F: variables que La simplificación de la función se producirá en los agrupamientos. Como se advierte en el mapa, ninguno de los dos 0’s de la línea inferior se han podido agrupar; por lo tanto, cada uno de ellos dará lugar a un maxitérmino que se expresará de la siguiente forma: Una vez concluido esto, deben intentarse agrupamientos de los 0’s colocados en el mapa. Sólo se permiten agrupamientos de número de 0’s que sean potencias de dos (2, 4, 8, 16 , etc.) y nunca en diagonal. Además, debe procurarse que los Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 88 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES O sea, la variable que tenga valor cero ¿Sería posible simplificar aún más la aparece en el maxitérmino de forma función F? Sí, pero ahora aplicando directa y la que tenga el valor uno métodos de simplificación algebraica. respecto a los términos que no se común c + d', con lo que quedaría: aparece de forma negada. Esto simplifican. Respecto a los que sí se Por ejemplo, se podría sacar factor simplifican lo hacen de la siguiente forma: Para reforzar esta explicación, se tomará un ejemplo más de la misma tabla: la simplificación de la función G. Esta función tiene menor número de 1’s que de 0’s. simplificación Por se tanto, hará la por minitérminos; además, como G tiene cuatro Como puede concluirse, en este último caso se sigue la misma regla que en los términos no simplificados en cuanto a la negación o no de una variable, pero además, cada agrupamiento -no cada casilla- da lugar a un término en el que la variable que cambia de valor en las casillas del agrupamiento desaparece variables deberá usarse mapa de Karnaugh para ese número de variables. Enseguida se irán rellenando las casillas igual que en el caso anterior pero con unos en lugar de con ceros; ésta es una convención que permite saber con un simple vistazo si se está trabajando con base en minitérminos o en maxitérminos. del término directamente, o sea, no se incluye en él. La función F simplificada tendrá el siguiente aspecto: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento un 89 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Agrupando según la regla que ya se ha visto tendremos: Ahora se desarrollará la simplificación de la tercera función, la función H. Esta función tiene igual número de 0’s que En el agrupamiento cambia la variable c, y por tanto desaparece de su de 1’s, así que pueden usarse tanto minitérminos como maxitérminos. término correspondiente, y en el 1 no la simplificación alguna –lo que significa con agrupado no se puede hacer que su expresión contendrá todas las variables. Así pues: simplificación se hace Si con minitérminos, el mapa de Karnaugh los agrupamientos resultantes quedaría de la siguiente manera: La función H simplificada según Karnaugh es: Como puede concluirse, el criterio que se ha seguido para negar o no una variable, es el contrario que en el caso de los maxitérminos, es decir, en minitérminos una variable se niega si De manera algebraica, la función H se podría simplificar hasta conseguir la siguiente expresión: su valor es 0 y se deja sin negar si su valor es 1. Por tanto, como resumen de las funciones simplificadas se tendría que: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 90 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES GyH • Explica las decisiones que vas tomando en cada paso y verifica que sean correctas conforme al procedimiento y los criterios que se te señalaron en este manual CONTEXTUALIZAR CON: para poder simplificar la expresión de las 3 funciones Repetición del ejercicio incluidas: F, G y H. Competencia lógica Simplificar funciones de conmutación mediante el uso de mapas de Karnaugh • Repasa el procedimiento seguido RESULTADO DE APRENDIZAJE Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular para simplificar las expresión de las funciones con apoyo de los mapas de Karnaugh y toma nota 1.4.1. OPERACIÓN DE CIRCUITOS MEDIANTE LÓGICA MODULAR de los criterios que aplicar para DESCENDENTE. hacerlo • Con base en la siguiente tabla, que es la misma que se usó para explicar el procedimiento para el trazado canónico en los mapas de Karnaugh, realiza la simplificación de las funciones F, • Codificadores y Decodificadores - Codificadores y Decodificadores MSI Un codificador es un circuito lógico combinatorio implementado con compuertas básicas AND, OR y NOT. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 91 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Su función principal es asignar un cada dígito decimal- y 4 salidas que código de salida único corresponden al código BCD. un número binario a cada uno de los datos aplicados en su entrada. El diagrama se ilustra a continuación. En este sentido, puede decirse que un Codificador es un dispositivo combinatorio para el cual el número de entradas es mayor al número de salidas. El proceso de codificación consiste básicamente en el monitoreo de un grupo de líneas o entradas en el En salida que corresponde a cada una de entonces se activa a la salida el número circuito, para producir un código en la las entradas en el sistema; este código de salida indica cuál de las entradas ha sido activada. Existen numerosas aplicaciones en las resultan codificadores; por útiles ejemplo los la codificación de paridad en sistemas computarizados, ejemplo, corresponde al si número la 3 entrada decimal BCD 001; si se activa la entrada correspondiente al número 9 decimal entonces la salida correspondería al número BCD 1001. - Aplicaciones cuales este la codificación de teclados y la multiplexación de datos. Un ejemplo muy común es el circuito Codificador de Decimal a BCD el cual Uno de los dispositivos codificadores comerciales es el 74LS148 que además tiene una línea de selección denominada Enable. Cuando esta línea recibe un nivel alto, el dispositivo pasa a un estado de alta impedancia queda inhabilitado, y cuando recibe un nivel bajo el dispositivo está listo para operar en condiciones normales. posee diez líneas de entrada -una por Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento y 92 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES bajas dependiendo de la aplicación y el diseño que se desee. El circuito de decodificación mas ampliamente usado es el denominado Decodificador de N a 2^N también conocido como Decodificador Binario. En la siguiente figura se muestra el caso de un Decodificador (DEC) de 2 a 4 que consta de dos líneas de entrada A y B, cuatro líneas de salida Y0, Y1, Un Decodificador es un circuito lógico Y2, Y3, y una línea de habilitación. combinacional de múltiples entradas y múltiples salidas. Las entradas generalmente son codificadas en un cierto código y las salidas son presentadas en un código distinto al código de entrada. No existe una regla general que determine cuántas líneas de entrada y En un decodificador como este, por ello, encuentra en alto y además A=0 y B=0, salida debe tener un decodificador; por igual que en el caso de los codificadores, decodificador se dice es que un un circuito combinatorio que posee más líneas de entrada que de salida. Un circuito además líneas decodificador auxiliares posee o de ejemplo, si la línea de habilitación se el dispositivo voltaje alto responderá en la con salida correspondiente a Y0. En general, para cualquier combinación de las entradas sólo se activa una y sólo una línea de salida. habilitación l que pueden ser activas o Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento un 93 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES comerciales Con base en este circuito, por ejemplo, por ejemplo el 74LS139 que tiene dos si en la entrada BCD se tiene el número decodificadores internos de 2 a 4, el decodificador 74LS138 0101 la salida Y5 del decodificador decodificador de permanecen apagadas, mientras que si Existen decodificadores 3 que es un 8 y, el a decodificador 74LS 154 que es un decodificador de 4 a 16. No importa el número de entradas o salidas que tenga un decodificador, el principio de funcionamiento es siempre el mismo. líneas de entrada que corresponden al código BCD y posee diez líneas de salida una por cada dígito decimal-. En figura se muestra el circuito correspondiente a un DEC. BCD a Decimal: la salida Y9 se activará. Uno de los chips comerciales más comunes es el 74LS42 en este no válido en sus entradas todas las Este circuito decodificador tiene cuatro siguiente la entrada marca el número BCD 1001 dispositivo si se tiene un número BCD Decodificador BCD a Decimal la estará en alto mientras las demás salidas permanecerán en alto. Decodificador BCD a 7 segmentos Uno de los dispositivos de mayor popularidad y aplicación es decodificador BCD a 7 segmentos el o display. Un display es un arreglo de leds dispuestos de tal forma que en ellos pueden visualizarse números arábigos. Cada una de las salidas del decodificador se conecta al display con la finalidad de ver los números binarios transformados en su correspondiente número arábigo. Los circuitos integrados de mayor uso son el 7447 de colector abierto activa en bajo, por lo que deben conectarse resistencias limitadoras de corriente en Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 94 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES cada una de las salidas. Por sus salidas activas en bajo deben utilizarse displays de ánodo común. El 7448 funciona de manera casi idéntica al 7447 con la diferencia que sus salidas son activas en bajo por lo que deben usarse displays de cátodo común. A continuación ilustramos una conexión típica del 7447 con display de 7 segmentos. CONTEXTUALIZAR CON: Trabajo en equipo Competencia tecnológica Identificar las tendencias en el desarrollo de los codificadores y decodificadores en el mundo contemporáneo El terminal indicado como LT sirve para probar todos los segmentos del display, el terminal BI/RBO blanquea el display, es decir, deja todos segmentos en cero. los • Junto con tus compañeros de equipo investiguen en textos o revistas, especializados o en las fuentes disponibles Internet cuáles son 10 de las Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 95 e Instalación y Mantenimiento en la PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES áreas de aplicación codificadores y decodificadores, las de los los relacionadas el sector y áreas del las telecomunicaciones. • Investiga si existe alguna normatividad internacional que Investiguen a qué tipo sea de al uso de los con los en el área de cómputo. ofrecen más ventajas y hacia dónde evoluciona su desarrollo aplicable codificadores y decodificadores codificadores y decodificadores • en transporte especialmente industrial. • decodificadores • Elabora un reporte resultados de tu investigación Analicen la información obtenida y elaboren un trabajo en el que en el que incluyas también tus presenten comentarios obtenida acerca y de tecnologías. la sus información tipo la información obtenida. conclusiones este sobre de Investigación documental • Multiplexores y Demultiplexores El multiplexor es un dispositivo que Competencia de calidad Identificar la normatividad aplicable al uso de los codificadores y decodificadores comerciales en distintas áreas. • Investiga qué normatividad es aplicable en nuestro país para el uso de codificadores y puede recibir transmitirlas por un entradas medio y de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo. Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento varias 96 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Multiplexores y Demultiplexores MSI Los multiplexores digitales son también conocidos como selectores de datos. En la figura de la derecha se muestra el diagrama esquemático de un selector de datos 8 a 1 con tres líneas de selección. La multiplexación consiste en la canalización de información de varias líneas de entrada hacia una sola línea de salida. En la siguiente figura se ilustra este principio. Las líneas indicadas como A, B y C son denominadas líneas selectoras. Estas tres líneas son suficientes para generar un total de 2³ = 8 combinaciones que corresponden a las ocho entradas del multiplexor. Por ejemplo, si la combinación en las entradas A, B y C fuera 000 se selecciona la información presente en la entrada D0 y se “enruta” a la salida. Si se tuviera la combinación 101, entonces la información que se enviaría a la salida W sería que esté en la entrada D5. Por lo tanto, las líneas de selección determinan qué información De acuerdo con la figura, dependiendo del selector rotatorio, la información de cualquiera de los seis canales es transferida a la única salida, por lo tanto, no se puede tener a la salida la información simultánea de dos presente en las entradas (D0 a D7) debe enviarse a la única salida W. En general un Multiplexor tiene 2^N entradas, en donde N es el número de líneas de selección. entradas distintas. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 97 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Comúnmente cuentan estos también dispositivos con líneas de monitor una a la vez según la cámara - Aplicaciones que ha sido seleccionada. La aplicación más importante de estos se multicanalización encuentra de datos en la y la selección de los mismos, así como en la multicanalización de comunicaciones En este sentido, supóngase que deben monitorearse distintos puntos de un sistema de enfriamiento, para lo cual se dispone de varios sensores ubicados en puntos estratégicos del sistema. Sería complicado tener que enviar un para cada Multiplexores comerciales son por ejemplo: el 72LS151 que es un MUX 8 a 1; el 74LS150 que es un MUX de 16 a 1. Existen también multiplexores capaces y adquisición de datos. cableado seleccionar cada una de las cámaras del sistema y ver las imágenes en el habilitación o Enable. dispositivos Al aplicar un multiplexor se puede uno de los sensores hasta el procesador central, de seleccionar palabras completas, por ejemplo el 74157 que es un MUX cuádruplo de 2 a 1 palabras. CONTEXTUALIZAR CON: Comparación de resultados con otros compañeros así que una mejor alternativa consiste en multiplexor las salidas de los sensores a un solo par de líneas con el Competencia analítica consiguiente ahorro de cableado y Interpretar circuitos en los que se aplican multiplexores. espacio. Otra aplicación multiplexores sistemas de importante puede circuito verse de los en los cerrado de televisión en los cuales se cuenta con más de una cámara y un solo monitor. • Revisa la figura que aparece en la siguiente página; en ella se muestra un circuito de aplicación práctica Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento para Multiplexores 98 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES muestra a continuación se ilustra un (MUX). • Interpreta acuerdo el diagrama con lo circuito demultiplexor de 1 a 4 líneas. de que has aprendido hasta este momento • Identifica qué ventajas ofrece el multiplexor en este caso • Elabora un reporte escrito en el que presentes interpretación tanto tu como tus comentarios • Compara tus resultados con los La línea de entrada de datos se conecta de tus compañeros y analiza sus • argumentos directamente a todas las compuertas Si persisten diferencias o dudas selección AND, mientras que las dos líneas de sobre la interpretación de los circuitos que activan una de las compuertas a la vez. Por consiguiente, analizaron, los datos que aparecen en la línea de consulten con el PSP o con algún entrada pasan a través de la compuerta otro especialista. habilitada hasta la línea respectiva de salida del dispositivo distribuidor de Los demultiplexores llevan a cabo la función opuesta multiplexores, ocasiones, se por les a la lo de los cual, en conoce datos. como distribuidores de datos, ya que su función puede resumirse como la de distribuir datos de una sola línea a varias salidas. En la figura que se Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 99 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Como se observa, el dispositivo se compone, además de sus ocho salidas, de 3 líneas de habilitación y de 3 líneas El Demultiplexor de 1 a 8 líneas. El 74138 Este dispositivo es el más utilizado de los demultiplexores de 1 a 8 líneas. En la figura que aparece enseguida se muestra su configuración de pines y el diagrama lógico que lo implementa. de selección de línea de salida. El 74138 se ha diseñado esencialmente como un decodificador de 3 a 8, por lo cual las entradas Gl, G2A y G2B se rotulan como entradas de habilitación. No obstante, cuando se le utiliza como demultiplexor, los datos de entrada pueden introducirse por la línea G2A o por la G2B. -Aplicaciones Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 100 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Por lo general, los demultiplexores, funcionamiento de un complementan o revierten el proceso multicanalizado en el tiempo. sistema llevado a cabo por los dispositivos multiplexores. Una de las aplicaciones más usuales e interesantes de esta clase de dispositivos, es aquella en la cual el par multiplexor/demultiplexor se utiliza para la multicanalización de datos en el tiempo. El concepto de multicanalización hace referencia a la técnica por la cual un mismo canal es utilizado para la transmisión simultánea de dos o más señales o mensajes. Una forma de utilización de un canal con este propósito hace uso de la denominada multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time División Mul-tiplexing). Cuando un sistema Al revisar la figura, es conveniente observar la línea que va del multiplexor al demultiplexor. Si ésta es corta, puede no ser necesario el esquema, ya utiliza la que las entradas podrían conectarse multiplexación en el tiempo en el directamente a las salidas mediante el complementar obstante, si la línea es larga, tal vez extremo de envío de información, debe el proceso con la demultiplexación de los datos en el extremo de recepción del canal de transmisión. El circuito de la figura siguiente ilustra el principio uso de líneas o canales adicionales. No unos cuantos kilómetros o más, el circuito permite en la cantidad de líneas de comunicación. de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento economizar 101 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Este último podría ser el caso de varias manera diferente para evitar el uso de terminales las de computadora en un cierto sitio de una ciudad cuyos datos deben ser enviados a una computadora tres líneas adicionales que se muestran para la selección de la línea de salida en el extremo receptor. principal o mainframe localizada a una distancia considerable dentro de la misma ciudad o incluso en una ciudad diferente. En este caso, los datos de las terminales deben CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio multiplexarse, transmitirse hasta el mainframe por una línea, sola y finalmente Competencia lógica demultiplexarse al llegar al sitio donde se encuentra la computadora principal El circuito de la figura muestra cómo las 8 terminales pueden multiplexarse haciendo uso transmitirse a posteriormente de un su ser 74151 destino y para demultiplexados por un 74138 que actúa en este caso como un demultiplexor de división en el tiempo. Con el propósito de ilustrar este proceso, en el diagrama se muestra el caso en que el dato correspondiente a la línea 6 está siendo transmitido. simplificado, pues en la práctica la del selector y Analiza la siguiente información para que propongas del distribuidor de datos se lleva a cabo de • solución al Dada una situación en la que se dispone de 4 computadoras (A1,B1,C1 y D1) desde las cuales se requiere enviar datos a las personas que se encuentran en cuatro computadoras similares ( A2, B2, C2 y D2). Lo importante es que el dato que se envié desde A1 debe llegar a A2, el de B1 por sucesivamente. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento la problema: otras El esquema que se presenta está muy sincronización Elaboración de circuitos sencillos mediante el uso de multiplexores y demultiplexores B2 y así Como 102 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES sustentabilidad únicamente existe una línea de comunicación entre ambas redes, sólo puede pasar un dato a la vez. • En la figura que aparece debajo de este párrafo se muestra la Identificar las ventajas que ofrecen los multiplexores y demultiplexores para el ahorro de energía. • en esta sección del manual y topología de la red • compleméntala con la que Si lo consideras necesario, revisa consideres nuevamente cómo funcionan los responder mediante un resumen demultiplexores por qué el uso de multiplexores multiplexores • Revisa la información contenida y los permita coordinar para y tus comentarios al respecto, y Diseña gráficamente un circuito que necesaria demultiplexores ventajas la para el ofrece ahorro de energía que no se lograrían de comunicación entre los pares de no computadoras existir este tipo de tecnologías • Comenta tus resultados con los de otros compañeros o con algún especialista en el tema y si persisten algunas dudas procura resolverlas por alguna otra vía Consideraciones sobre seguridad e higiene Resumen Competencia para la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Competencia de calidad. 103 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Reconocer los lineamientos sobre seguridad e higiene aplicables a codificadores, decodificadores, multiplexores o demultiplexores usados a nivel comercial. • • - Tabla de verdad y diseño Para de los equipos de este tipo que mencionados en la sección anterior, cuáles son las recomendaciones más importantes sobre la seguridad de higiene que debe procurarse cuando se manejan estas tecnologías. • ilustrar problema Investiga en algunos manuales fueron Sumadores de con un diseñar ejemplo el dispositivos capaces de realizar la operación de suma, y además para introducir el tema del diseño intuitivo, considérese el caso en que se desea construir una unidad capaz de realizar la suma de dos números binarios de 4 bits cada uno. En la figura siguiente se muestra un diagrama de bloques con el cual se ilustra el concepto del dispositivo que se intenta construir. Con base en los resultados de la investigación, elabora un listado con las recomendaciones sobre seguridad e higiene consideres más importantes. • que Coméntalas con tus compañeros y complementa tu listado con aquéllas que hayan hecho tus compañeros y que consideres importantes. 1.4.2 CIRCUITOS CON ELEMENTOS DE ARITMÉTICA BINARIA Los números a sumar son A y B, y cada uno consta de 4 bits, denominados a3a2a1 y a0 en el caso del número A, y b3b2b1 y b0 en el caso de B. De manera similar, el resultado de la suma, denominado Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento S, consta, en 104 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES general, de 5 bits, de tal manera que Para S=S4S3S2S1S0. pensamiento que genera la suma, se Dependiendo del reforzar el proceso de tamaño de los sumandos, el quinto bit comienza sumando los dos bits menos caso se puede omitir. es el bit So y un posible bit de acarreo, de la suma, S4, podrá ser 0, en cuyo Puesto que el problema combinatorio que se está planteando conduce a la construcción de un dispositivo que debe aceptar dos datos binarios de 4 bits cada uno, se puede partir de la significativos, a0 y b0, cuyo resultado al cual se ha denominado Cl. Esta operación podría leerse como “ a0 más b0 es igual a S0, y llevo C1”. Es importante señalar que Cl podría ser igual a 0 ó a 1. idea de que el número de variables de entrada del circuito es de 8 y, por lo tanto, de que habrán de considerarse un total de 28 = 256 combinaciones posibles en la tabla de verdad. Como si esto fuera poco, el sumador propuesto debe presentar un total de 5 salidas, lo que obliga al diseño, por separado, de 5 circuitos combinatorios de 8 variables de entrada cada uno. descrita motiva el uso de diferentes estrategias para reducir la complejidad problema. La búsqueda también, al sumarlos se dirá que 1 más 1 igual a 10; se anota el 0 y se lleva 1 En este caso, S0 sería igual a 0 y Cl sería igual a 1. Una situación como la anteriormente del Por ejemplo, si a0 fuera igual a 1 y b0 de alternativas exige analizar con más detenimiento el procedimiento, tal y como se muestra en la siguiente figura: Para continuar con esta suma, habría que pasar ahora a la siguiente. Evidentemente, saber: acarreo columna ahora es necesario hacer la suma de tres bits, a el de la columna anterior, o acarreo previo como se le denomina, y los bits a2 y b2. Si el resultado es de dos bits, se escribirá el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 105 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES menos significativo como S2 y el más Los bloques restantes todos idénticos significativo será ahora el acarreo que entre sí- son un poco mas complejos, se lleve a la tercera columna, C2. ya que deben estar en condiciones de El procedimiento para la tercera columna es idéntico al de la segunda, y lo mismo se aplica para la cuarta columna, con la diferencia de que el acarreo resultante de la cuarta columna se constituye ahora en el quinto bit del resultado de la suma, es decir S4. Este breve ejemplo permite concluir que el proceso de sumar números de varios bits es repetitivo y que podría implementarse unos fácilmente bloques, combinacionales o como utilizando subsistemas se ilustra enseguida: aceptar como entradas a los dos bits cuya suma se quiere obtener, más un tercer bit que corresponde al acarreo generado en la suma de la columna anterior. Es decir, debe poseer tres entradas, y las dos salidas necesarias para el bit de suma y el de acarreo del resultado. Al primero de los bloques descritos, por tener sus entradas limitadas a 2, se le conoce como un semisumador. y al segundo tipo de bloque se le denomina sumador completo. El problema se reduce ahora a diseñar e implementar estos dos bloques, cuya complejidad dista mucho de la que originalmente se planteo cuando fue necesario considerar la posibilidad de un diseño con 8 variables de entrada. A este tipo de solución también se le Siguiendo la imagen anterior, el primer conoce como un diseño iterativo, pues bloque de la derecha sólo necesita lo que se hace a0 y b0, y debe poder generar los bits elemento, suma de los dos bits de entrada. diseño propuestas. es utilizar recibir como operandos a los dos bits repetidamente, en cascada, el mismo de suma y de acarreo resultantes de la necesario para lograr las metas de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento tantas veces como sea 106 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Nótese que si el problema en cuestión Para elaborar esta tabla, se analizaron no fuera sumar dos números de 4 bits cada cada uno sino dos números de 8 bits, combinaciones a la entrada del bloque más en la cascada, sin tener que corresponde al caso en que los dos bits combinatorios adicionales. supuesto, su suma es igual a 0, por lo sólo tendríamos que utilizar 4 bloques recurrir a dispendiosos diseños las posibles semisumador; la primera combinación de entrada, a y b son iguales a 0. Por la misma manera el de acarreo C Como se mencionó en la sección anterior, es semisumador de cual el bit de suma S será igual a 0 y de Diseño de un semisumador un una un dispositivo combinacional que admite dos bits a su entrada y que presenta como resultado la suma de ambos, la cual puede ser de 2 bits, expresada en también será 0. La siguiente entrada de la tabla corresponde al caso en que a= y b=0, y el resultado de la suma es igual a 1; el bit de suma sea S=1 y el de acarreo sea C=0. un bit de suma y un bit de acarreo. El La significativo del resultado de la suma. cuarta posibilidad corresponde al caso bit de acarreo corresponde al bit más En la siguiente símbolo figura se muestra el correspondiente a un semisumador acompañado por su tabla de verdad. tercera entrada de la tabla-es idéntica a la anterior. Finalmente, la en que a=1 y b=1, lo que da como resultado 10 y, por ende, el bit de suma es S=0, y el de acarreo C=1. La implementación, se puede llevar a cabo por el método de suma de productos, tanto para el caso de S como para el de C, lo que da como resultado para S que: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 107 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES la expresión obtenida para S no es otra a continuación se muestra el símbolo cosa que la operación XOR entre las para el sumador completo y la tabla de variables a y b. Es decir, verdad correspondiente. Y, por lo tanto, el semisumador se lleva a la práctica como se indica en la figura siguiente: Si se decide implementar el dispositivo por suma de productos, las expresiones resultantes para S y Co serán: S = abC¡ + IbCi + + abC¡ + abCi Diseño de un sumador completo El proceso para diseñar un sumador completo es similar al anterior, pero con la diferencia de que por incluir una entrada más, el número de combinaciones a considerar será de 8 y Co = abCi + abCi + + abCi + abCi Para la reducción de estas expresiones, pueden usarse mapas de Karnaugh, como se muestra en las figuras que aparecen a continuación: por lo tanto las posibilidades serán mayores. Esto hará necesario simplificar las expresiones booleanas obtenidas de la tabla de verdad con el fin de reducir componentes el número involucrados en de su construcción. En la figura que aparece Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 108 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES sumador completo sobre la base del diseño simplificado que se obtuvo de la manipulación algebraica expresiones para S y Co, de las En el caso de la variable de salida S, el mapa deja claro que no pueden hacerse ningún tipo de agrupaciones, de lo que se deduce que la expresión Booleana para S no admite Asimismo, en la siguiente figura se simplificación. ilustra cómo el sumador completo En lo que respecta a Co, en el mapa de semisumadores y una compuerta OR. Karnaugh correspondiente se advierte puede obtenerse a partir de dos que hay tres adyacencias posibles. Por tanto, la expresión para Co simplifica a: Co = ab + aCi + bC¡ La versión del sumador completo que se ha obtenido por este método es suficientemente buena. En la figura que aparece enseguida se muestra cómo se puede construir un Aunque una primera impresión haría parecer que el módulo correspondiente Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 109 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES al semisumador fuera más universal o tierra en las esquinas del chip. El útil que el del sumador completo, cabe modelo 74HC283 es la versión CMOS señalar que el sumador de 4 bits puede implementarse mediante el uso de sumadores completos, en donde el primero de la secuencia se conecta para que su bit de acarreo previo sea igual a cero. Por esto, el sumador completo resulta de mayor utilidad. de alta velocidad del mismo sumador en paralelo de cuatro bits. En la figura siguiente se muestra el símbolo funcional Existen varios sumadores en paralelo sumador en paralelo de cuatro bits 74HC283 y sus equivalentes. Las entradas de este CI son - Sumador MSI del dos números de cuatro bits. A3,A2A1Aoí y B3B2B1Bo y el acarreo, Co, a la posición del LSB. disponibles como circuitos integrados. El más común es un CI sumador en paralelo de cuatro bits, que contiene cuatro CIs circuitería interconectados de acarreo y la anticipado necesaria para la operación a alta velocidad. Los modelos 7483ª, 74LS83A, 74283 y 74LS283 son chips sumadores en paralelo cíe cuatro bits TTL. La serie 283 es idéntica a la 83, salvo porque tiene las conexiones Vcc y a tierra en los pines 16 y 8, respectivamente. En este sentido, se ha convertido en una norma que todos los nuevos chips tengan los pines de alimentación y a Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 110 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES CONTEXTUALIZAR CON: - Aplicaciones La suma es la operación aritmética que más se realiza en los Investigación documental sistemas digitales. Desde el punto de vista Competencia lógica aritmético, la suma es la más utilizada de todas las operaciones básicas. Identificar la presencia de semisumadores y sumadores completos en equipos de distintos tipos Como se vio en secciones anteriores de este manual, además es posible llevar a cabo la resta de dos números por medio de la suma del complemento a dos del sustraendo. multiplicación como una puede suma Asimismo, la • en los textos especializados o en las fuentes considerarse repetida Investiga disponibles en la Internet, qué del multiplicando. equipos industriales, del área de De ahí que se pueda asegurar que si se transporte o de otro tipo que sea telecomunicaciones, tiene la capacidad de sumar, también de es posible sino también multiplicar y suma es la operación aritmética por • suma cumplen estos circuitos para la Esto explica por qué los circuitos de contaran explica de qué con semisumadores los equipos, pasaría los o si no dispositivos de suma completa. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento de Con base en la función que operación las computadoras, etcétera, y mecanismos de operación excelencia. suma se utilizan en las calculadoras, incorporan completa como parte de sus división, por ser el proceso contrario al de restas repetidas, resulta claro que la interés, semisumadores restar. Si a esto se añade que la de la multiplicación, es una sucesión tu del 111 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Comparte tus resultados con los un bit. Para facilitar la comprensión de enriquezcas tu visión sobre la verdad que corresponde a una XOR; en esto, conviene recordar la tabla de de otros compañeros para que esta tabla importancia y aplicaciones de cuarta columna cuyo valor corresponde este tipo de dispositivos en el al de la salida de la XOR, pero negada. mundo contemporáneo. Obsérvese que cuando las dos entradas a la compuerta son iguales, su salida Comparadores • se incluyó además una negada, S, se hace igual a 1. - Tabla de verdad y diseño La comparación de dos palabras binarias es una operación común en los sistemas de computadoras y dispositivos digitales en general. Un circuito que compara dos palabras binarias e indica si son iguales se denomina un comparador. Es posible que un circuito comparador no sólo informe a su salida si los datos que se aplican a su entrada son iguales Es decir, una compuerta XOR con su o no, sino que, además, se puede salida negada es equivalente a un establezca cuál de los dos datos que se que si a su entrada se aplican dos bits, obtener a la salida la información que comparan es mayor, en caso de no darse la igualdad. Las compuertas comparador de un bit, en el sentido de a y b, este arreglo de compuertas nos dirá si el bit a es igual al bit b. De no serlo, su salida será igual a 0. XOR pueden considerarse como comparadores de Si se quisiera extender la utilidad del circuito comparador a palabras de mayor tamaño por ejemplo de 4 bits- Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 112 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES simplemente habría que utilizar una compuerta XOR con su correspondiente NEGADOR para analizar los 8 bits correspondientes por parejas, de tal manera que si todas las parejas de bits resultaren iguales, la conclusión será que las dos palabras son idénticas y, por tanto la salida del circuito comparador se hará igual a 1. En el diagrama que se presenta enseguida puede verse con más claridad cómo se - Comparadores MSI lleva a la práctica esta idea. Otro miembro útil de la categoría MSI de CI es el comparador de magnitud que confronta dos cantidades binarias de entrada y genera salidas para indicar cuál tiene mayor magnitud. El circuito se muestra a continuación: Es posible reducir un poco este circuito si se recuerda que una AND con sus entradas negadas es equivalente a una OR, por lo cual, el circuito reducido quedará como en la figura siguiente: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 113 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES aplica a las entradas comparador. La temperatura ingresada A ambiente mediante un de un deseada, teclado numérico, se almacena en un registro que está conectado a las entradas B. Si A < B, el horno se debe activar para calentar el espacio. El horno debe continuar calentando mientras A=B y desconectarse cuando A>B. A medida que el espacio se enfríe, el horno debe permanecer apagado mientras A=B y encenderse de nuevo cuando A<B. - Aplicaciones Los ¿Qué circuito digital se podría usar comparadores de magnitud también son útiles en aplicaciones de control donde un número binario que representa la variable física que está siendo controlada -por para interconectar un comparador de magnitud con un horno y llevar a cabo la aplicación de control del termostato antes descrita? ejemplo, posición, velocidad o temperatura- se compara con un valor de referencia. Las salidas del comparador se usan para accionar la circuitería y excitar la variable física hacia el valor de referencia. El siguiente ejemplo ilustra una aplicación en este sentido. Considere un termostato digital en el cual la temperatura ambiente medida se convierte a un número digital y se Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 114 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Solución Usar la dispositivos muy versátiles que pueden salida OA<B para excitar directamente el horno el resultado provocaría que el horno se apagara tan pronto como los valores sean iguales. Esto puede ocasionar un ciclo severo de encendido-apagado del horno cuando la temperatura real esté muy próxima al límite entre A<B y A=B. NOR con latch SET-CLEAR, como se muestra en la figura, el sistema sí puede operar tal y como se requiere. OA<B está conectada a la entrada SET y OA>B está notar gran variedad de operaciones aritméticas y lógicas entre dos palabras binarias. En la figura se muestra el diagrama de pines del 74LS181, una ALU de 4 bits en tecnología TTL. Como se observa en ella, el dispositivo consta de dos grupos de líneas de Empleando un circuito de compuerta Conviene programarse para llevar a cabo una que conectada a la entrada CLEAR del match, de tal modo que cuando la temperatura es más caliente de la entrada (A3A2A1A0 y B3B2B1B0), un grupo de líneas de salida (F3F2F1F0), un grupo de líneas selectoras de función (S3S2SISO), una línea selectora de modo (M), una entrada de acarreo previo (Cn), una salida de acarreo resultante (Cn+4), una salida de comparación (A=B) y dos salidas de expansión (P,G). deseada, borra el latch y se apaga el Si se programan adecuadamente las fría, restablece el latch y se enciende el modo M junto con la de acarreo previo, horno, y cuando la temperatura es más horno. • La Unidad de lógica y aritmética (ALU) Cn, la ALU unidades de lógica y aritmética, son 16 y B=B3B2B1B0. con sus Estas respectivos códigos de selección, se relacionan en la tabla de la figura siguiente. Se Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento ejecutar aritméticas diferentes con los datos operaciones, o puede operaciones lógicas y 32 operaciones A=A3A2A!A0 - Tabla de verdad y diseño Las ALU (Arithmetic Logic Units), líneas de selección, S3S2S1 SO y la de 115 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES asume que tanto las entradas como las salidas son activas en alto. Competencia lógica Interpretación de tablas de verdad y funciones lógicas usadas en los circuitos electrónicos • Retoma los conocimientos que has ido adquiriendo mediante el estudio de este manual y de la información complementaria que has obtenido para que hagas una correcta interpretación de los símbolos • Con base en la tabla que aparece antes de este ejercicio, selecciona 5 renglones y elabora la interpretación por escrito de la información que aparece a lo largo del mismo. • Relaciona el sentido de lo que representa la tabla de verdad, las funciones CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio lógicas, y las funciones aritméticas • Pide al PSP que revise tus respuestas o compáralas con las de tus compañeros Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 116 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Si persisten algunas la tabla que aparece a continuación se dudas, muestran busca la manera de resolverlas las ocho operaciones disponibles y enseguida se describe por tu cuenta cada una de ellas. - Unidades de lógica y aritmética MSI En la figura siguiente se muestra el símbolo de bloque para una ALU que está disponible como 74LS382 (TTL) y como 74HC382 (CMOS). Operación de borrado Con S2S1S0 = 000 la ALU borrará todos los bits de la salida F. de modo que F3F2F1F0 = 0000. Operación de suma Este CI de 20 pines opera en dos números de entrada de cuatro bits, A3A2A1A0 y B3B2B1B0, para producir un resultado de salida de cuatro bits F3F2F1Fo. Esta ALU puede realizar ocho diferentes operaciones. En cualquier tiempo determinado, la operación que se realiza depende del código de entrada aplicado a las entradas SELECT de función S2S1S0. En S2S}S0 =011 la ALU sumará A3A2A1A0 a B3B2B1B0 para producir En esta la suma en F3F2F1F0. Con operación, CN es el acarreo a la posición del LSB y se debe hacer un 0. CN+4, es la salida de acarreo de la posición del MSB, OVR es la salida de indicación de desbordamiento; desbordamiento se detecta cuando se emplean números con signo. OVR será Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento dicho 117 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES un 1 cuando una operación de suma o resta produzca un resultado demasiado grande como para que quepa en cuatro bits, incluyendo el bit de signo. número de la entrada A del número de la entrada B. Con S2S1S0=010 la ALU restará B de A. En cualquier caso la diferencia aparece en F3F3F3F0. Es notar entradas A y B. Por ejemplo, con A3A2A1A0=0110 y B3B2B1B0=1100 la generará F3F2F1F0=1110. Con S2S1S0=001 la ALU restará el hacer una operación OR bit por bit en las ALU Operación de sustracción importante Con S2S1S0=101 la ALU llevará a cabo que las un resultado de Operación AND Con S2S1S0=110, la ALU realizará una operación AND bit por bit en las entradas A y B. Por ejemplo, con A3A2A1A0=0110 y B3B2B1B0=1100 la operaciones de sustracción requieren ALU Operación XOR Operación PRESET. Con S2S1S0=100 la ALU realizará una Con S2S1S0=111 la ALU establecerá que la entrada CN sea un 1. operación XOR bit por bit en las entradas A y B. Esto se ilustra a continuación para A3A2A1A0=0110 y b3b2b1b0= 1100. generará F3F2F1F0=0100. un resultado de todos los bits de la salida, de manera que F5F2F1F0=1111. - Aplicaciones Todas las operaciones aritméticas se llevan a cabo en la Unidad Aritmética Lógica (ALU, por sus siglas en inglés) de una computadora. En la figura siguiente se muestra un diagrama de Operación OR bloques con los elementos principales que se incluyen en una ALU común. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 118 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES memoria, especificando que un número almacenado en una localidad de memoria particular dirección- se sumará al número que está almacenado momento en el en ese registro acumulador. • transfiere El propósito principal de la ALU es aceptar los datos binarios que se almacenan en la memoria y ejecutar El número que se sumará se registro B. • de la memoria al El número en el registro B y el número en el registro acumulador operaciones aritméticas y lógicas con se suman en los circuitos lógicos estos datos, según las instrucciones de la unidad de control. mediante un comando desde la La unidad aritmética-lógica contiene resultante se envía al acumulador unidad de control. Luego la suma cuando menos dos registros de flipflop: el registro B y el registro acumulador. También contiene lógica combinatoria, la cual realiza las operaciones aritméticas y lógicas con los números binarios que están almacenados en el registro B y en el acumulador. Una secuencia típica de operaciones puede ocurrir de la siguiente forma: • La unidad de control recibe una instrucción de la unidad de para su almacenamiento. • El nuevo número en el acumulador puede permanecer allí, de manera que se pueda sumar otro número, o si el proceso aritmético particular ha terminado, se puede transferir a la memoria para ser almacenado. Estos pasos deben hacer evidente de dónde deriva su nombre el registro acumulador. Este registro "acumula" las sumas que ocurren cuando se realizan Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento le 119 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES adiciones sucesivas entre nuevos las máquinas que ellos utilizan. números adquiridos de la memoria y la suma hecho, previamente para acumulada. cualquier Al hacerlo, no sólo aprenderás De cómo problema no conozcas sino que también te el acumulador normalmente contiene dará cuenta del grado en que los los resultados de los pasos intermedios profesionales a medida que se van completando, así el resultado final cuando concluyó el problema. estarían preparados para tecnología en particular • CONTEXTUALIZAR CON: algunas aplicaciones que probablemente aritmético que conste de varios pasos, como operan modificar este tema Con base en la información que has revisado sobre el tema elabora una serie de 4 ó 5 Investigación de campo preguntas sobre la manera en que operan algunas MHCNC Identificar los pasos que siguen los circuitos lógicos en que se apoyan algunos equipos de control numérico El propósito de se manejen dentro de la escuela o en alguna empresa del entorno (5 casos distintos) • Determina cuándo, dónde y a quién aplicarás el cuestionario e incluye tres o cuatro preguntas esta sobre investigación de campo es que perfil ( de los escolaridad, profesión, ocupación, edad, años que también utilizan los circuitos de lógicos e investigues en qué experiencia laboral, por ejemplo)., medida conocen la forma en que • Lleva a cabo las gestiones para Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento el entrevistados entres en contacto con personas operan en el caso específico de u otros dispositivos de control que Competencia analítica • la 120 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES que tengas acceso a las fuentes de información de acuerdo al plan que te hayas trazado y a los plazos para concluir esta pequeña investigación de campo • Aplica los cuestionarios y agrega tus comentarios sobre la actitud y el manejo del tema por parte de los entrevistados • Analiza la información que obtuviste poniendo énfasis en las semejanzas y diferencias más importantes en las respuestas. • Elabora un informe en el que incluyas la descripción de los objetivos, la manera en que recogiste la información, la lista de preguntas, la descripción del perfil general de las personas que entrevistaste y, por supuesto, los resultados y su análisis Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 121 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES PRÁCTICAS DE EJERCICIOS Y LISTAS DE COTEJO Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 1 Nombre de la práctica: Operación de compuertas electrónicas básicas Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno identificará la operación de las Escenario Taller Duración 3h compuertas electrónicas básicas OR, AND y NOT según las características de operación en manuales de fabricantes. Materiales • Una Compuerta AND Maquinaria y Equipo • (7408) • OR.(7432) • Una Compuerta NOT.(7404) • Una fuente de • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas pelacable alimentación DC de 5 V/1 Una Compuerta • • Herramienta Un multímetro. • Unas pinzas de corte. Un protoboard. Un Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 122 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 123 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo 1. Dibuje el símbolo de cada una de las compuertas mencionadas en el propósito, escribiendo también la ecuación lógica y la tabla de verdad de cada una Compuerta AND. 2. Con ayuda de tu protoboard Arma el circuito mostrado en la figura 1 de una compuerta AND. Consulta el manual ECG de reemplazos, o bien, revisa si se han colocado pequeños números a las entradas y a la salida de la compuerta para ayudar en el ensamblado. Estos números corresponden a los pines del circuito integrado. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 124 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Figura 1. 3. Si al conectar la fuente, notas que el voltaje de la misma cae demasiado, es posible que haya una situación de cortocircuito en su ensamblado, y debes entonces retirar la fuente hasta tanto sea verificada la condición del circuito. 4. La fuente de 5V no debe conectarse hasta tanto no se haya verificado que el circuito ha sido correctamente alambrado, con el fin de evitar posibles cortocircuitos y otras situaciones de riesgo con el posible daño a la fuente o a los elementos del circuito. Una vez estés seguro de que todo está en orden, procede a conectar la fuente de potencia. 5. Cumplidos los pasos anteriores procede entonces a alimentar la compuerta con diferentes valores de entradas y a anota los resultados en una tabla de verdad. Comienza por la primera combinación de la tabla de verdad que corresponde a valores de entrada 0 y 0. Recuerda que el nivel de 0 se consigue conectando la entrada a 0 voltios, es decir a la tierra (el común) del circuito. Si la compuerta opera normalmente, su salida debe ser también 0 y por lo tanto el LED no debe encender. Anote 0 en la salida correspondiente a la combinación de entrada (0, 0). La siguiente combinación de entradas corresponde a un valor de O para la variable A,y a un valor de 1 para la variable B. Conecta entonces la entrada A a tierra, y la B llévala a 5V. Anota el resultado obtenido. 6. Sólo con el ánimo de investigar el comportamiento de la compuerta, ensaye a dejar sus dos entradas sin conectar (al aire), y establezca el nivel lógico que se obtiene a la salida. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 125 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo 7. Limpia tu área de trabajo 8. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Compuerta OR 9. Con ayuda de tu protoboard Arma el circuito mostrado en la figura 2 de una compuerta AND. Consulta el manual ECG de reemplazos, o bien, si existen, apóyate directamente en los o pequeños números a las entradas y a la salida de la compuerta para ayudar en el ensamblado. Estos números corresponden a los pines del circuito integrado. Figura 2. 10. Elabora una tabla de verdad donde se muestren las posibles combinaciones de entrada a que pueda ser sometida la compuerta, lo que servirá de guía para no omitir ninguna.. 11. Conecta ahora las entradas de la compuerta A y B a niveles de voltaje altos y bajos de acuerdo a lo especificado en la tabla de verdad del paso 2, y escribe el resultado obtenido para cada caso en la tabla, recordando que si el LED enciende, el nivel de salida habrá sido alto 1 lógico, y en caso contrario el nivel de salida habrá sido bajo o cero lógico. No olvides conectar el pin 14 a cinco volts y el pin 7 a tierra. 12. Aunque no es una práctica recomendable de utilización de entradas de compuertas, establece el nivel lógico que se obtiene a la salida cuando uno de sus pines de entrada, o ambos, se dejan al aire. Anota lo que sucede. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 126 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Compuerta NOT 13. Arma el circuito de la figura 3 en tu protoboard. Figura 3. 14. Elabora una tabla de verdad para la compuerta NOT según se ha visto en el curso 15. Conecta ahora la entrada a un nivel alto y observa el estado del LED anotando lo que sucede 16. Conecta ahora la entrada a un nivel de cero volts o tierra y anota lo que sucede en tu Tabla de Verdad 17. Discute con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 18. Anota las conclusiones que considere más relevantes 19. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo. 20. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 21. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 22. Guarda los manuales de fabricante utilizados Lista de cotejo de la práctica número 1: Operación de Compuertas electrónicas básicas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 127 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas No No observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Dibujó el símbolo las compuertas AND, OR y NOT, así como la ecuación y la Tabla de Verdad correspondiente a cada una e ellas. 2. Armó el circuito para la compuerta AND conforme al diagrama de la figura 1. 3. Si el voltaje de la fuente cayó demasiado, retiró la fuente hasta que se verificó el circuito 4. Antes de conectar la fuente de 5V, verificó que ele circuito hubiera sido alambrado correctamente 5. Alimentó la compuerta con diferentes valores de entradas y los registró en la Tabla de Verdad correspondiente 6. Ensayó y registró el comportamiento de la compuerta AND cuando se dejan sus dos entradas sin conectar 7. Limpió su área de trabajo 8. Entregó un reporte individual del análisis de los dispositivos de control en el que incluyo la descripción de los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones 9. Armó el circuito OR conforme a la figura 2 10. Elaboró la Tabla de Verdad para mostrar las posibles combinaciones de entrada para la compuerta OR 11. Conectó las entradas de las compuerta A y B a niveles altos y bajos conforme lo especificado en la Tabla de Verdad respectiva y registró Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 128 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Sí No No aplica los resultados para cada una de ellas. 12. Estableció el nivel lógico que se obtiene cuando uno o ambos pines de entrada del circuito se dejan al aire y registró lo que ocurría 13. Armó el circuito NOR de acuerdo con la figura 3 14. Al terminar de armar el circuito limpió su área de trabajo 15. Elaboró una Tabla de Verdad para la compuerta NOT 16. Conectó la entrada a un nivel alto y anotó lo que ocurría con el LED 17. Conectó la entrada a nivel de cero volts y anotó en la Tabla de Verdad el resultado 18. Discutió con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 19. Anotó las conclusiones más relevantes 20. Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo 21. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 22. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 23. Guardó los Manuales del Fabricante utilizados Observaciones: PSP: Hora inicio: de Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 129 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 2 Nombre de la práctica: Implementación Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno implementará circuitos lógicos combinacionales Escenario Taller Duración 3h combinatorios • de Circuitos sencillos de diseño 2 Compuertas AND Maquinaria y Equipo • (7408) • operación como solución a necesidades de la vida cotidiana empleando procedimientos Materiales • y Una fuente de alimentación DC de 5 V/1 A. 2 Compuertas OR.(7432) • Un multímetro. 2 Compuertas • Un protoboard. Herramienta • Unas pinzas de punta. • Unas pinzas de corte. • Unas pinzas pelacable NOT.(7404) • Un Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 130 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 131 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo PROBLEMA REAL. 1. En una habitación se desea implementar un sistema de alarmas que prevenga incendios. El sistema debe contar con dos detectores de humo, un sistema de riego y una sirena. Se desea que cuando uno o ambos detectores de humo se activen indicando la presencia de humo, se dispare el sistema de riego, sin embargo, la sirena sonará solamente cuando ambos detectores se activen. 2. Diseña el CLC (Circuito Lógico Combinacional) que resuelva la necesidad planteada. 3. Elabora la tabla de verdad que describa el circuito solución Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 132 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 4. Obtén la función o funciones lógicas que describa el circuito ya sea en forma SOP o POS 5. Elabora el dibujo del diagrama del circuito que implemente la función o funciones obtenidas 6. Implementa en protoboard el circuito obtenido 7. Comprueba la tabla de verdad del circuito 8. Muestra al PSP funcionamiento del circuito para que te califique. 9. Limpia tu área de trabajo 10. Guarda las herramientas que utilizaste y los manuales empleados 11. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 133 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 2: Implementación y operación de Circuitos combinatorios Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Leyó detenidamente el problema planteado 2. Diseñó el circuito lógico combinacional para resolver la necesidad planteada en el problema 3. Elaboró la Tabla de Verdad que describe el circuito solución 4. Obtuvo la función o funciones lógicas que describe el circuito, ya sea en forma SOP o POS 5. Elaboró el dibujo del diagrama del circuito que implementaba la función o funciones obtenidas 6. Implementó en protoboard el circuito obtenido 7. Comprobó la Tabla de Verdad del circuito 8. Mostró al PSP el funcionamiento del circuito 9. Limpió el área de trabajo 10. Guardó las herramientas utilizadas y los manuales empleados 11. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 134 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 135 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 3 Nombre de la práctica: Implementación de Propósito de la Práctica Al práctica Escenario Taller Duración 3h Exceso de tres. finalizar • 2 Compuertas AND alumno Maquinaria y Equipo • a implementará circuitos lógicos Herramienta Una fuente de • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas de corte. • Una pinzas pelacable alimentación DC de 5 V/1 2 Compuertas OR.(7432) • Un multímetro. 2 Compuertas • Un protoboard. NOT.(7404) • el Octal entrada en uno diferente a la salida. (7408) • codificador combinacionales codificadores para transformar un código binario de Materiales • la un Un Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 136 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 137 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo 1. Diseña e implementa un circuito Codificador de números binarios que cumpla con lo siguiente: a) El circuito debe aceptar en sus entradas números binarios del 0 al 7. (Numeración Octal) b) El código a la salida debe ser Exceso-3. NOTA: el código Exceso-3 se obtiene sumando a cada combinación de entrada un tres, por ejemplo, si tenemos a la entrada la combinación 000 (CERO) a la salida tendremos 011 (TRES), debido a que 0 + 3 = 3 2. Elabora la tabla de verdad del circuito. 3. Obtén las funciones de salida (deben ser cuatro salidas) por el método de mapas K 4. Implementa tu circuito en protoboard Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 138 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 5. Verifica todas y cada una de las combinaciones de entrada de tu tabla de verdad. 6. Limpia tu área de trabajo 7. Guarda las herramientas que utilizaste y los manuales empleados 8. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 139 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 3: Operación de Compuertas electrónicas básicas Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Si No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Diseñó el circuito codificador de números binarios conforme a las especificaciones dadas 2. Elaboró la Tabla de Verdad del circuito 3. Obtuvo las 4 funciones de salida por el método de mapas K 4. Implementó el circuito en su protoboard 5. Verificó todas y cada una de las combinaciones de entrada de la Tabla de Verdad del ejercicio 6. Limpió su área de trabajo 7. Guardó las herramientas y los manuales empleados 8. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el que incluyó la descripción de los procedimientos, las observaciones y las conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 140 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 141 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 4 Nombre de la práctica: Operación de Decodificadores Digitales Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno, identificará la operación de los diferentes Escenario Taller Duración 3h tipos de decodificadores digitales mediante su implementación Materiales • CI 74LS11 • CI 74LS04 • 4 Resistor de 330 Ohms • 4 led’s 1 • Manual ECG de Maquinaria y Equipo Herramienta Una fuente de • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas de corte. • Un multímetro. • Unas pinzas pelacable • Un protoboard. • alimentación DC de 5 V/1 reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 142 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 143 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo 1. Obtén la función de cada una de las salidas para un decodificador 2 a 4 con la tabla de verdad que se muestra. NOTA: X = “no importa”. ENTRADAS SALIDAS EN B A Y3 Y2 Y1 Y0 0 X X 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 144 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES SALIDAS FUNCIÓN Y0 Y1 Y2 Y3 2. Dibuja el circuito correspondiente que implemente las funciones obtenidas. 3. Arma el circuito en tu protoboard 4. Verifica todas y cada una de las funciones de salida probando cada combinación de entrada en tu circuito. 5. Discute con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 6. Anota las conclusiones que considere más relevantes 7. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo. 8. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 9. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 10. Guarda los manuales de fabricante utilizados 11. Limpia tu área de trabajo 12. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 145 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 4: Operación de Decodificadores Digitales Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Obtuvo la función de cada una de las salidas para un decodificador 2 a 4 con la Tabla de Verdad que se le entregó 2. Dibujó el circuito correspondiente para implementar las funciones obtenidas 3. Armó el circuito en su protoboard 4. Verificó todas y cada una de las funciones de salida probando cada combinación de entrada en su circuito 5. Discutió con sus compañeros de equipo sus anotaciones 6. Anotó las conclusiones más relevantes 7. Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo 8. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 9. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 10. Guardó los Manuales del Fabricante utilizados 11. Limpió su área de trabajo 12. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control en el cual incluyó la descripción de los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 146 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 147 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 5 Nombre de la práctica: Operación de un circuito decodificador MSI; BCD Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno identificará la operación de un Escenario Taller Duración 3h a 7 segmentos. decodificador de BCD a 7 segmentos (display) observado la concordancia de operación de acuerdo a los manuales del fabricante. Materiales • • • 1 CI 7447 Maquinaria y Equipo • 1 fuente de alimentación DC de 5 V/1 A. 7 Resistores de 220 Ohms • 1 multímetro. 1 Display de 7 • 1 protoboard. segmentos ánodo Herramienta • 1 pinzas de punta. • 1 pinzas de corte. • 1 pinzas pelacable común • 1 Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 148 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 149 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo Decodificador de BCD a 7 Segmentos. EL CI 7447 Por sus salidas activas en bajo, este decodificador se utiliza con displays de ánodo común. El 7447 tiene capacidad de aceptación de 40mA por salida, mientras que su versión LS está capacitada para 24mA. 1. Con ayuda de tu protoboard arma el circuito de la figura 1. Consulta en el manual ECG la configuración de pines para el display y el 7447. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 150 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo 2. Verificación de los segmentos. Aplica un nivel bajo (un cero) en el pin indicado como LT (led tester) mientras la entrada BI/RBO se mantiene en bajo. 3. Anota lo que sucede como consecuencia de lo realizado en el punto 2. 4. Blanqueo de salida. Manda todas la entradas ABCD a cero (tierra) junto con RBI. 5. Anota lo que sucede como consecuencia de lo realizado en el punto anterior. 6. Explica lo observado en el punto anterior. 7. Activa la señal (A) del 7447 y anota lo que visualizas en el display. 8. Específica qué entrada se debe activar en el 7447 si se desea ver un número “8” en el display de 7 segmentos. 9. Explica lo anterior. 10. Propón ante tus compañeros de equipo una posible aplicación del circuito anterior 11. Explica qué harías para que el display muestre los números de manera automática. 12. Discute con sus compañeros de equipo las propuestas hechas de manera particular 13. Guarda tus herramientas, materiales y equipo utilizados. 14. Limpia tu área de trabajo 15. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 151 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 152 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 5: Operación de un circuito decodificador MSI; BCD a 7 segmentos Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Armó el circuito planteado en la figura 1 2. Verificó los segmentos mientras la entrada se mantiene en bajo 3. Anotó las consecuencias de aplicar un nivel bajo en el LT mientras la entrada BI/RBO se mantiene en bajo 4. Mandó todas las entradas ABCD a cero (tierra) junto con RBI 5. Anotó los resultados de la manipulación del punto anterior 6. Explicó los resultados del punto anterior 7. Activó la señal A del 7447 y anotó lo que vio en el display 8. Especificó qué entrada activar en el 7447 para ver el número “8” en el display 9. Explicó cómo ocurre lo anterior 10. Propuso ante sus compañeros de equipo la posible aplicación del circuito anterior 11. Explicó qué haría para que el display mostrara los números de manera automática 12. Discutió con sus compañeras las propuestas que hizo 13. Guardó las herramientas, materiales y equipo utilizados Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 153 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Sí No No aplica 14. Limpió su área de trabajo 15. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el cual incluyó la descripción de los procedimientos realizados, las observaciones de las conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 154 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 6 Nombre de la práctica: Operación de Circuitos Multiplexores MSI Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno identificará la operación de un Multiplexor Escenario Taller Duración 3h MSI observando la concordancia de operación en manuales de fabricantes. Materiales • Un Mux 74LS151 (8 Maquinaria y Equipo • entrdadas) • alimentación DC de 5 V/1 A. Un 74C14 (Hex Shmitt) • Un LED • Un resistor de 330 Una fuente de • Un multímetro. • Un protoboard. Herramienta • Unas pinzas de punta. • Unas pinzas de corte. • Unas pinzas pelacable Ohms • Un resistor de 100K • Un capacitor de 10uF, 10V • 4 Interruptor SPST • Un Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 155 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 156 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 157 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES MUX 74LS151. 1. Con ayuda de tu protoboard, arma el circuito mostrado en la figura 1. Este es un multiplexor MSI de ocho entradas y una sola salida. En este caso, se implementará un circuito oscilador con el CI 74C14 que es un buffer Shmitt que oscila a una frecuencia determinada por el resistor de 100K y el capacitor de 10uF generando así, una onda cuadrada. Los interruptores S1 a S4 pueden ser sustituidos por pequeños trozos de alambre. 2. Es deseable que previamente a la verificación del funcionamiento del multiplexor, te asegures que el circuito oscilador opera correctamente; para ello puedes, haciendo uso de una punta lógica o de un testigo tal como un led con su respectiva resistencia limitadora, verificar que a la salida de la segunda compuerta se dispone de una señal oscilante a razón de un ciclo por segundo aproximadamente. 3. Cumplido lo anterior, programa todos los interruptores de tal manera que se obtengan niveles de entrada bajos en todas las entradas del circuito integrado que son afectadas por el estado de tales interruptores. Verifica que a la salida Y del multiplexor, pin 5, el led parpadea a razón de 1 Hz. Figura Desarrollo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 158 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 4. Cambia ahora el estado de todos los interruptores a fin de obtener niveles altos de salida en todos ellos. Verifique que a la salida Y el led ilumina sin parpadear. 5. Ensaya ahora diferentes combinaciones de los interruptores, tanto de entrada de datos, S4, como de selección de entradas, S1 – S3, y verifique que a la salida el led se ilumina de acuerdo a la entrada seleccionada y al estado de tal entrada. 6. ¿Qué sucede si la línea de habilitación, pin 7, se lleva a nivel alto? 7. Discute con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas de manera particular 8. Anota las conclusiones que considere más relevantes 9. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo. 10. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 11. Limpia tu área de trabajo 12. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 13. Guarda los manuales de fabricante utilizados 14. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 159 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 6: Operación de Circuitos Multiplexores MSI Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Armó el circuito mostrado en la figura 1 con ayuda de su protoboard 2. Se aseguró que el circuito oscilador operaba correctamente 3. Programó todos los interruptores de tal manera que se obtuvieran niveles de entrada bajos en todas las entradas del circuito integrado que son afectadas por el estado de los mismos 4. Cambió el estado de todos los interruptores para obtener niveles altos de salidas en todos ellos y verificó que a la salida Y el led iluminara sin parpadear 5. Ensayó distintas combinaciones de los interruptores, tanto de entrada de datos (S4), como de selección de entradas(S1-S3) y verificó que a la salida el let se iluminara de acuerdo con la entrada seleccionada y el estado de tal entrada 6. Anotó sus observaciones sobre el resultado de llevar a alto la línea de habilitación pin 7 7. Discutió con sus compañeros de equipo las anotaciones hechas por él 8. Anotó las conclusiones más relevantes 9. Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 160 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Sí No No aplica 10. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 11. Limpió su área de trabajo 12. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 13. Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el que incluyó la descripción de los procedimientos realizados y las observaciones y conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 161 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 1 Práctica número: 7 Nombre de la práctica: Operación de Circuitos de comparación binaria Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno identificará la operación de un Escenario Taller Duración 3h MSI Comparador MSI de dos palabras de cuatro bits cada una observando la concordancia de operación en manuales de fabricantes. Materiales • Un CI, 74LS85 • 8 LED • 8 resistor de 330 Ohms • Un Manual ECG de Maquinaria y Equipo Herramienta Una fuente de • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas de corte. • Un multímetro. • Unas pinzas pelacable • Un protoboard. • alimentación DC de 5 V/1 reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 162 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 163 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Procedimiento COMPARADOR 74LS85 1. Consulta en tu manual de reemplazos ECG la configuración de pines del CI 74LS85. 2. Elabora un esquema mostrando la configuración de pines según muestra el manual. 3. Una vez que has investigado la configuración de pines, arma el circuito de la figura 1 que se muestra a continuación. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 164 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento Fig. 1 4. Coloca a cada salida de comparación del circuito (A>B, A<B y A=B), un resistor en serie con un LED conectado hacia tierra para que puedas visualizar los resultados de las comparaciones. 5. Cada entrada deberá tener un segmento de alambre para que puedas activarlas según el nivel deseado (0 ó 1). 6. Coloca las entradas de las palabras A y B todas en cero, de esta forma tendrás que: A= 0 y B= 0. 7. Indica qué LED del comparador se iluminó. 8. Explica por qué se iluminó el LED anterior. 9. Configura la palabra A de tal forma que tengas a su entrada: A0= 1, A1= 0; A2= 0 y A3= 1 y a su vez configura la palabra de tal forma que tenga en sus entradas: B0= 1; B1= 1; B2= 0 y B3= 0. 10. Observa cuál es el Led que se ilumina con las configuraciones anteriores 11. Explica lo sucedido en el punto 10. 12. Por último, configura las entradas de cada palabra como sigue: A0= 1; A1= 0; A2= 0 y A3= 0; B0= 1; B1= 1; B2= 1 y B3= 1. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 165 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 13. Observa qué Led se ilumina con las combinaciones anteriores. 14. Explica lo ocurrido en el punto 12. 15. Anota las conclusiones que considere más relevantes 16. Presenta sus conclusiones y discútelas en grupo. 17. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 18. Limpia tu área de trabajo 19. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 20. Guarda los manuales de fabricante utilizados 21. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 166 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 7: Operación de Circuitos de comparación binaria MSI Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Consultó la configuración de pines del _CI 74LS85 len el manual de reemplazos ECG 2. Elaboró un esquema para mostrar la configuración de pines según se muestra en el manual 3. Armó el circuito que se ilustra en la figura 1 4. Colocó a cada salida de comparación del circuito A>B, A<B y A=B), un resistor en serie con Led conectado hacia tierra 5. Se aseguró que cada entrada tuviera un segmento de alambre para activar el nivel deseado 6. Colocó en cero todas las entradas de las palabras A y B 7. Indicó qué Led comparador se iluminó después de haber realizado la operación anterior 8. Explicó por qué se iluminó el Led anterior 9. Configuró la palabra A de tal forma que a la entrada tuviera A0= 1, A1= 0; A2= 0 y A3= 1 y, a su vez, configuró la palabra de tal forma que tenga en sus entradas: B0= 1; B1= 1; B2= 0 y B3= 0. 10. Observó cuál es el Led que se ilumina con las configuraciones anteriores 11. Explicó lo sucedido en el punto anterior Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 167 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo 12. Configuró las entradas de cada palabra de la siguiente manera: Sí No No aplica A0= 1; A1= 0; A2= 0 y A3= 0; B0= 1; B1= 1; B2= 1 y B3= 1. 13. Observó qué Led se ilumina con cada una de las configuraciones anteriores 14. Explica lo que ocurrió en el punto 12 15. Anotó las conclusiones más relevantes 16.Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo 17. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 18. Limpió su área de trabajo 19. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 20.Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó 21. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el cual incluyó la descripción de los procedimientos realizados, así como las observaciones y las conclusiones de la práctica. Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 168 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES RESUMEN DEL CAPÍTULO 1 En la actualidad el uso de la electrónica resultado el diseño de computadoras digital se ha incrementado debido a de gran tamaño, las cuales al paso del que de tiempo han evolucionado hacia otras los mucho más fáciles de trasladar y, sobre sistemas de control de uso industrial, todo, con una mayor capacidad para pero también en campos como la almacenar y procesar la información; medicina o las comunicaciones. en gran medida, esta evolución ha sido Si posible tiene una aplicaciones, bien amplia sobre es todo cierto, analógicos gama los en sistemas siguen siendo imprescindibles debido a que el mundo real es analógico, también deben gracias al desarrollo de dispositivos electrónicos en un solo chip o circuito integrado. Para llevar a cabo el estudio de reconocerse las múltiples ventajas que sistemas digitales es necesario recurrir tiene la transformación de señales a algunos conocimientos matemáticos; analógicas a códigos digitales que los facilitan su manipulación. particularmente el binario, el octal y el Las primeras electrónica aplicaciones digital dieron de la como hexadecimal algoritmos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento sistemas y, desde para llevar numéricos, luego, los a las cabo 169 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES operaciones aritméticas en cada uno de Entre los códigos más comunes pueden ellos, son recursos indispensables para mencionarse el BCD, poder trabajar en el diseño y análisis Código Hammingh y, el Código 2 de 5. de los circuitos electrónicos. La manipulación de información binaria De entre esos sistemas numéricos, también implica el conocimiento de probablemente el binario sea el que algunos postulados que son aplicables tiene mayor importancia en el campo a los sistemas digitales; tal es el caso de la electrónica digital, ya que –como de las Leyes y postulados del álgebra se dijo antes- los sistemas digitales Booleana, sólo pueden adoptar dos valores. herramienta Para que un sistema digital funcione que el Exceso 3, el constituye indispensable una para la manipulación de las funciones digitales correctamente es necesario que pueda binarias en ese tipo de sistemas. “entender” la información que recibe y Las funciones digitales son generadas enviarla por de tal forma que pueda un circuito electrónico binario descifrarse también. Con ese propósito conocido también como circuito lógico. se han generado distintos símbolos, ya Uno de los tipos de circuito lógico es el sea números o códigos que no sólo denominado circuito combinatorio o de sirven para que la señal ingrese, se conmutación. procese y salga, sino incluso para lógico tiene la característica especial de detectar errores durante ese proceso. que sus salidas están en función de las Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Este tipo de circuito 170 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES entradas en el tiempo presente es son usadas para representar funciones decir, en el momento preciso en que se lógicas mediante diagramas. está observando la salida. Una función puertas lógicas implementadas en puede un ser circuito se puede una función integrado ya sea de manera individual algebraica que puede ser de dos tipos: o bien a pequeña, mediana y gran una suma de productos o un producto escala; esto significa que en un circuito de sumas. En cualquier caso, el álgebra integrado pueden haber desde una booleana y los Mapas de Karnaugh son hasta cientos o miles de compuertas. herramientas útiles para el análisis de Cuando la cantidad de compuertas que los circuitos lógicos; en el caso de las incluye un circuito es de mediana mapas, su uso permite simplificar la escala, el circuito se denomina MSI. función lógica de tal forma que el En la actualidad se fabrican distintos circuito final sea lo más compacto dispositivos posible. destacan Toda función digital se basa en tres decodificadores. Los codificadores son operaciones básicas a saber: OR, NOT y dispositivos capaces de transformar un AND, las cuales se conocen también código de entrada a un sistema en otro como puertas o compuertas lógicas y código representar digital Estas mediante MSI, los diferente entre e Instalación y Mantenimiento que codificadores a decodificadores son Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información los la y salida; los elementos MSI 171 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES que realizan la función contraria a los Otros elementos MSI que también son codificadores. se de enorme importancia en la actualidad estos son aquéllos que permiten realizar incluyeron En el manual ejemplos de entre ellos, dispositivos, los operaciones aritméticas o hacer codificadores BCD a siete segmentos y comparaciones y que se integran en los que pueden decodificar información unidades aritmético lógicas conocidas BCD a sistema decimal. también como ALU´s. Los multiplexores son otro tipo de Todos y cada uno de los conceptos dispositivos de anteriormente mencionados, así como manejar un número determinado de otros más que ayudan a entenderlos entradas hacia una y solo una salida, con es decir, son elementos selectores de presentados a lo largo de esta primera datos. estos unidad del módulo. Esperamos que al denominados haberlos estudiado y al desarrollar las demultiplexores, los cuales a partir de actividades que se te sugieren hayas una sola entrada pueden enviarla a logrado diferentes salidas; de ahí que se les capítulo; conoce también como distribuidores de invitamos a que repases los temas que datos. no hayas comprendido suficientemente La selectores MSI; son contraparte son los capaces de mayor los Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento en profundidad, propósitos caso han del sido primer contrario, te 172 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES y que recurras a otros compañeros o al combinatorios; ahora, en la segunda el propio PSP para resolver tus dudas. interés se centra en el estudio de los En la primera unidad se revisaron los distintos tipos de circuitos circuitos secuenciales, es decir, de circuitos que integran la variable tiempo. AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 1 1. ¿Qué es la electrónica digital? 2. ¿Qué es la lógica digital? 3. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre un esquema digital y uno analógico? 4. Menciona tres ventajas de los sistemas digitales 5. ¿Qué es un circuito lógico? 6. ¿Qué es un sistema de Numeración? 7. ¿Qué es el valor posicional de un dígito y de qué depende? 8. ¿Cuáles son las reglas básicas para la suma en el sistema binario? 9. Realiza la conversión de los siguientes números binarios a sistema decimal: 00000011, 00000110, 00001001, 00010001, 11001100. 10. Realiza la conversión de los dos siguiente números ya sea del sistema octal al correspondiente en el sistema decimal, o viceversa: 2738₈ y 122₁₀. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 173 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 11. ¿Cuáles son los métodos de conversión que pueden aplicarse para hacer conversiones entre los distintos sistemas numéricos utilizados en el campo de la electrónica digital? 12. ¿Cómo se resuelve plantea la resta binaria? 13. ¿Cómo se representa el signo de un número en estos sistemas? 14. ¿Qué son los sistemas numéricos complementarios? 15. ¿Qué es un número de punto de punto fijo? 16. ¿Qué partes integran a un número de punto flotante? 17. ¿Qué es un código binario? 18. ¿Qué es el código ASCII? 19. ¿Qué tipo de códigos se utilizan para la detección y corrección de errores? 20. ¿Qué es el álgebra booleana, y cuáles son las operaciones básicas que maneja? 21. Completa las siguientes igualdades con base en los principios del álgebra booleana (1) x+0= (6) x∙x= (2) x∙0= (7) x+x’= (11) x+ (y+z)= (3) x+1= (8) x∙x’= (4) x∙1= (9) x+y= (12) x(zy= (13) x(y+z)= (5) x+x= (10) xy= (14) x+ yz= (15) (x+y)’= (16) (xy)’= 22. (17) (x‘)’= Escribe las dos leyes de Morgan Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 174 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 23. ¿Qué significan los términos SOP y POS en el lenguaje utilizado para el diseñoo de circuitos lógicos? 24. ¿Cuáles son las dos formas canónicas que existen para expresar las funciones lógicas? 25. ¿En qué consiste la lógica binaria? 26. ¿Qué es una compuerta lógica? 27. Expresa algebraicamente cada una de las siguientes compuertas o funciones lógicas: AND, OR, INVERSOR, NAND, NOR, XOR,XNOR. 28. ¿Qué métodos existen para llevar a cabo el análisis de circuitos combinatorios? 29. ¿En qué consiste y para qué sirve el análisis de diagramas de tiempo? 30. De acuerdo con las reglas,¿en qué orden deben realizarse las operaciones AND y OR cuando aparecen en una misma expresión? 31. ¿Cuál es la diferencia entre la factorización que se usa en el álgebra común y la que se aplica a las funciones lógicas? 32. ¿Qué es un mapa de Karnaugh? 33. ¿En qué consiste un codificador y para qué sirve? 34. ¿En qué consiste el proceso de codificación? 35. En qué consiste el decodificador Decodificador BCD a 7 segmentos? 36. ¿Qué es un multiplexor? 37. ¿Qué es un demultiplexor? 38. ¿En qué consiste un semisumador? Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 175 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 39. ¿Para qué sirve un circuito comparador? 40. ¿A qué se denomina ALU? Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 176 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 1 1. La electrónica digital puede definirse como la parte de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas digitales, binarios o lógicos. 2. La Lógica Digital es una ciencia de razonamiento numérico aplicada a circuitos electrónicos que realizaran decisiones del tipo “si…entonces…”, es decir, si una serie de circunstancias particulares ocurren, entonces una acción particular resulta. El resultado es siempre el mismo para una serie dada de circunstancias 3. Un esquema de digital sólo puede adoptar uno de dos valores posibles 1 ó 0, mientras que el analógico puede maneja un intervalo continuo de valores. 4. Puedes haber mencionado 3 cualesquiera de las siguientes: • Los sistemas digitales generalmente son más fáciles de diseñar. • El almacenamiento de información es fácil • Mayor exactitud y precisión. • La operación se puede programar. • Los circuitos digitales son menos susceptibles al ruido. • Se puede fabricar más circuitería digital en los chips de los circuitos integrados. 5. Un circuito lógico es una configuración electrónica de M entradas y N salidas, en la que cada salida es una función de una o más variables de entrada 6. Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas de generación que permiten construir todos los números válidos en el sistema Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 177 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 7. El valor posicional de un dígito es el peso que tiene dicho número en función del lugar que ocupa dentro de la cifra –mayor valor entre más a la izquierda se encuentre-; dicho peso depende del sistema de numeración con que se esté trabajando. 8. Las reglas básicas de la suma en binario son: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=0 y, 1+1=10 9. La conversión de los números binarios a decimales queda como sigue: 00000011=3, 00000110=6, 00001001=9, 00010001=17, 11001100=204. 10. a)La conversión del número siguiente manera: 2738₈ a sistema decimal se resuelve de la 2 X 8³+ 7X8²+ 3X8¹= 2X512 + 7X64 + 3X8 = 1496₁₀ 273₈ = 1496₁₀ b) La conversión del número decimal 22 a su correspondiente en el sistema octal se resuelve de la siguiente forma: 122 : 8 = 15 15 : 8 = 1 1:8=0 Resto: 2 Resto: 7 Resto: 1 Tomando los restos obtenidos en orden inverso tendremos la cifra octal: 122₁₀ = 172₈ 11. Los métodos de conversión numérica son: Sustitución de una serie, División repetida, y Multiplicación por la base 12. La operación de resta se resuelve como una operación de suma en donde uno de los sumandos es un número negativo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 178 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 13. La convención que rige es que el signo + se represente por un bit de O y el signo - por un bit de 1, originando así el sistema denominado de signo y magnitud. 14. Son sistemas a través de los cuales se obtiene el número que resulta de complementar o negar cada uno de los bits individuales que integran la cifra. 15. Es un número en el que la posición del punto siempre está en el mismo lugar. Opera colocando el punto en el punto decimal en el extremo izquierdo del registro para hacer del número almacenado una fracción y, el punto decimal en el extremo derecho del registro para hacer del número almacenado un entero. 16. La mantisa y el exponente 17. Un código binario es un grupo de n bits que supone hasta 2ⁿ combinaciones diferentes de l's y 0's, en donde cada una de las combinaciones representa un elemento del conjunto que está siendo codificado 18. El código alfanumérico más utilizado es el Código Internacional Estándar para Intercambio de Información (ASCII, por sus siglas en inglés). El código ASCII es un código de 7 dígitos y por ende tiene 2⁷=128 grupos de códigos posibles. 19. Para la detección y corrección de errores pueden utilizarse los Códigos de Paridad, Códigos 2 de 5 y Códigos Hamming. 20. El álgebra Booleana es un álgebra que tiene que ver con las variables binarias y con operaciones lógicas. Las variables se designan por letras tales como A, B, X, y Y . Las tres operaciones lógicas básicas son AND, OR y Complemento. 21. Las 17 relaciones básicas del álgebra booleana que debes manejar con fluidez son las siguientes: (1) x+0=x (2) x∙0=0 (3) x+1=1 (4) x∙1=x Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento (5) x+x=x 179 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES (6) x∙x=x (7) x+x’=1 (8) x∙x’=0 (9) x+y=y+x (10) xy=yx (11) x+ (y+z)=(x+y) +z (12) x(zy=(xy)z (13) x(y+z)=xy+xz (14) x+ yz= (x+y) (x+z) (15) (x+y)’= x’y’ (16) (xy)’= x’+y’ (17) (x‘)’=x 22. Las leyes de Morgan establecen que: 23. Cuando se trabaja en el diseño de circuitos lógicos, los términos SOP y POS significan Suma de Productos (SOP) y Producto de Sumas(POS) 24. Las dos formas canónicas que existen para expresar funciones lógicas son la forma de maxitérminos o maxterms y la de minitérminos o minterms. 25. La lógica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido lógico. Es utilizada para describir, en forma algebraica o tabular, la manipulación y procesamiento de información binaria. 26. Es un circuito lógico mediante el cual se manipula la información binaria. Desde el punto de vista de la operación, una compuerta es un bloque del hardware que produce señales del binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de la entrada lógica. 27. Las expresiones algebraicas correspondientes a las 7 compuertas planteadas son las siguientes: AND: x=A∙B ó x=AB OR: x=A+B INVERSOR: x=A’ NAND: x=(AB)’ Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 180 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES NOR: x=(A+B)’ XNOR: x=A⊙B ó x=A’B’+AB XOR: x=A⊕B ó A’B+AB’ 28. Los métodos para hacer el análisis de circuitos combinatorios son: El Método Algebraico y el Método de Tabla de Verdad 29. Es un método que permite obtener el tipo de ondas que corresponden a las salidas provocadas por los cambios en las entradas de un circuito combinacional durante un período de tiempo. 30. Cuando en una expresión aparecen funciones AND y OR, las operaciones AND se realizan primero, a menos que existan paréntesis en la expresión, en cuyo caso la operación dentro del paréntesis se llevará a cabo primero. 31. Ninguna. La factorización de funciones lógicas se basa en la Ley Distributiva, la cual establece que una expresión se puede desarrollar multiplicando término por término, como en el álgebra común. 32. Un mapa de Karnaugh, al que también se conoce como tabla de Karnaugh o Mapa K es un diagrama que se utiliza para lograr la minimización de funciones algebraicas booleanas. 33. Un codificador es un circuito lógico combinatorio implementado con compuertas básicas AND, OR y NOT; su función principal es asignar un código de salida único –un número binario- a cada uno de los datos aplicados en su entrada. 34. El proceso de codificación consiste básicamente en el monitoreo de un grupo de líneas o entradas en el circuito, para producir un código en la salida que corresponde a cada una de las entradas en el sistema; este código de salida indica cuál de las entradas ha sido activada. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 181 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 35. El decodificador BCD a 7 segmentos es uno de los dispositivos de mayor popularidad y aplicación; también se conoce como display. Un display es un arreglo de leds dispuestos de tal forma que en ellos pueden visualizarse números arábigos; así que cada una de las salidas del decodificador se conecta al display para ccon la finalidad de ver los números binarios transformados en el número arábigo correspondiente. 36. El multiplexor es un dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. 37. Los demultiplexores llevan a cabo la función opuesta a la de los multiplexores, por lo cual, en ocasiones, se les conoce como distribuidores de datos, ya que su función puede resumirse como la de distribuir datos de una sola línea a varias salidas. 38. Un semisumador es un dispositivo combinacional que admite dos bits a su entrada y que presenta como resultado la suma de ambos, la cual puede ser de 2 bits, expresada en un bit de suma y un bit de acarreo. El bit de acarreo corresponde al bit más significativo del resultado de la suma. 39. Como su nombre lo indica, un circuito comparador permite comparar dos palabras binarias e indicar si son iguales y también si uno es mayor que otro. Las salidas del comparador se usan para accionar la circuitería y excitar la variable de interés. 40. Las ALU (Arithmetic Logic Units), o unidades de lógica y aritmética, son dispositivos muy versátiles que pueden programarse para llevar a cabo una gran variedad de operaciones aritméticas y lógicas entre dos palabras binarias. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 182 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES OPERACIÓN DE CIRCUITOS SECUENCIALES. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 183 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Al finalizar el capítulo, el alumno operará circuitos electrónicos digitales de lógica secuencial, identificando sus características básicas de funcionamiento para su análisis e implementación en sistemas de control. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 184 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES VI. MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Operación de Circuitos Electrónicos 90 hrs. Unidades de Resultados de Aprendizaje 1 Operación de circuitos combinatorios 2. Operación de circuitos secuenciales 40 hrs. 50 hrs. 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos. 1.2 Operar circuitos lógicos electrónica combinacional. implementados mediante lógica 1.3 Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. 1.4 Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular. 2.1 Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado. 2.2 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop’s. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 8 hrs. 12 hrs. 8 hrs. 12 hrs. 10 hrs. 12 hrs. 185 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 2.3 2.4 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. SUMARIO ¾ ¾ LATCHES ¾ CIRCUITOS DE TIEMPO ¾ FLIP-FLOP’S ¾ REGISTROS DE CORRIMIENTO ¾ CONTADORES ¾ MEMORIAS ¾ CONVERTIDOR DIGITALANALÓGICO ¾ CONVERTIDOR ANALÓGICODIGITAL 12 hrs. • MODELOS DE CIRCUITOS SECUENCIALES 16 hrs. Representación de diagramas de bloques Un diagrama definirse como de bloques una puede representación compuesta de bloques, o de bloques funcionales, que enlazan las variables del sistema. En el caso que nos ocupa, hasta el momento la atención se ha centrado en los circuitos lógicos combinacionales. Como se ha visto, en este tipo de tipo de circuitos los niveles de salida en un momento particular dependen de los RESULTADO DE APRENDIZAJE Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado niveles presentes en las entradas, es decir, que cualquier condición que el nivel de entrada haya tenido anteriormente, no tendrá efecto alguno sobre las salidas. Sin embargo, es importante señalar que la mayoría de los sistemas digitales integra tanto los 2.1.1 MODELOS PARA CIRCUITOS SECUENCIALES circuitos combinacionales elementos de constituirse memoria como como para circuitos secuenciales y, en este sentido, tanto Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 186 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES su diseño como su operación se elementos de memoria. Las salidas de apoyan en el uso de diagramas de algunos de los elementos de memoria, bloques que relacionen las distintas a su vez, van a las entradas de variables del sistema. En la figura siguiente se muestra un diagrama de bloques de un sistema digital general compuertas lógicas que combina combinacionales con dispositivos de memoria. compuertas lógicas en los circuitos combinacionales. Este proceso indica que las salidas externas de un sistema digital son una función de sus entradas externas y almacenada de en la sus información elementos de memoria. El elemento más importante de la memoria es el Flip-Flop, constituido por un compuertas lógicas. el cual está ensamble de Aunque una compuerta lógica, por sí misma no almacenarlo tiene que capacidad sí es para posible es conectar varias a la vez, de tal manera que permitan el almacenamiento de la información. Para producir los FlipLa parte combinacional acepta señales lógicas desde las entradas externas y las salidas de los elementos de Flops –cuya abreviatura es FF- se usan varias configuraciones de compuertas. En la figura siguiente se muestra el combinacional tipo de símbolo general usado para diversas salidas, de las cuales algunas muestra dos salidas, designadas Q y memoria. El circuito opera en estas entradas para producir se usan para determinar los valores binarios que se almacenarán en los representar un fiip-flop. El símbolo Q´. que son opuestas entre sí. Q y Q´ Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 187 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES son las denominaciones más comunes binario dentro del círculo. Por ejemplo, para designar las salidas de un FF. el círculo que contiene el número 100 representa el estado 100 (es decir, Q2=1, Ql=0, Q0 = 0). • Tablas y diagramas de estado - Los diagramas de transición Todo circuito secuencial depende de los elementos denominados FF; por lo tanto, un diagrama de estados representa las transiciones que sufre Las flechas que conectan un círculo con otro muestran cómo cambia un estado a otro cuando se aplica un pulso de reloj. un FF debido a un pulso de nominado Al para un sistema secuencial se define estado le precede y cuál le sigue. Pulso de Reloj. El diagrama de estados de la siguiente manera. Para mostrar cómo cambian los reloj aplicado se puede elaborar un diagrama de transición de estados, como se ilustra en la figura que aparece en la siguiente página. Como puede observarse en ella, cada corresponde en particular, un círculo podemos de estado observar qué Por ejemplo, si se analiza el estado estados de los FF´s con cada pulso de círculo ver a un posible estado, como lo indica el número 000, puede verse que éste se alcanza cuando el contador está en el estado 111 y se aplica un pulso de reloj. Asimismo, se observa que al estado 000 siempre le sigue el estado 001. Los diagramas de transición ayudan a describir, analizar y diseñar contadores y otros circuitos secuenciales. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 188 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Las Tablas de Estado Para mostrar un ejemplo de este tipo de tabla para un circuito secuencial, considérese un contador de tres bits de módulo 8, es decir, que se trata de un contador que comienza a contar desde 000 hasta 111 y una vez que llega a esta última combinación comienza de nuevo en 000 de manera repetitiva hasta que el sistema se desenergiza. CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio Competencia lógica La Tabla que aparece enseguida permite ver qué ésta no es sino una opción más para la representación de los estados en un circuito, aunque básicamente incluye la Elaboración de diagramas y tablas de estado para la representación de circuitos sencillos • Repasa la sección dedicada a los diagramas de bloques, a los misma diagramas de estado y a las información que el diagrama tablas de estado • Analiza la situación que se describe enseguida para que desarrolles el diagrama de estados y la tabla de estados Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 189 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES la correspondiente • Se requiere máquina diseñar de una estados sincronizada por reloj en la cual dependiendo de los datos de y existen latches de varios tipos. El de uso común se conoce como el SETRESET o biestable D. Para implementar un latch SET- RESET(SR) pueden usarse compuertas o para NAND. Ahora bien, una vez que se 0,1,2,3, 0, 1, 2, 3,…. El circuito NAND- se debe construir la Tabla de descendente números en la (X=0) secuencia debe producir una salida Y=1, si el número en la secuencia es NOR, o bien emplear compuertas define el tipo de relación -NOR o Excitación correspondiente, es decir, la tabla en la que se muestre qué par y Y=0 si es impar entradas hay que introducir en el Compara tus resultados con los transiciones entre estados. de otros compañeros y si tienes dudas consulta con algún especialista o con el PSP biestable para excitación de un biestable D, los 2.1.2 LATCHES quedarán de la siguiente Tabla de Excitación SR con NOR Latch SET-RESET Un latch es un elemento biestable, es decir, es un elemento que tiene la mínima sus elija para implementar la tabla de manera: capacidad gobernar Dependiendo de la compuerta que se datos • funcionamiento una entrada X produzca una cuenta binaria ascendente (X=1) • aplicación de memoria porque almacena bit de información. Hay distintas formas de implementar S R Qn-1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Prohibido un latch, por ello, y dependiendo de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 190 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Tabla de Excitación SR con NAND _ _ S R Qn-1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Prohibido - Características de tiempos Las formas de onda aplicadas a las El funcionamiento de muchos sistemas secuenciales puede describirse, al menos parcialmente, por medio de diagramas de tiempos. La variable de tiempo interés, adquiere en ahora razón comportamiento de un mayor de que el los circuitos involucra elementos del pasado y del presente, para determinar el estado hacia el cual se dirigen. entradas R y S han sido escogidas con el fin de ilustrar los diferentes modos de comportamiento del cerrojo, pero pueden programarse como se desee. Asimismo, es posible suponer un estado inicial para la salida del circuito: en este caso,0. Sin embargo, los estados subsiguientes que adopte la salida del sistema, sólo dependerán del estado inicial del que se haya partido y de las entradas R y S. Es decir, la El resultado de aplicar variables que historia de este circuito está cambian con el tiempo a un latch SR se representada por el valor inicial de su muestra en la siguiente figura: salida. Para el análisis de los diagramas de tiempo de la figura anterior, se ha supuesto que el latch utilizado es del tipo RS, que se ha implementado con compuertas NOR y, en consecuencia, de activación en alto. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 191 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES De acuerdo con la tabla de verdad, Posteriormente, en t₆, R adopta de hasta el instante de tiempo t₁, el nuevo el nivel bajo, lo que genera una sistema se encuentra en estado de condición de reposo y el estado a la este del pulsos, o cambios de estado de R, tiene como efecto cambiar su salida, Q, sobre el circuito, pues simplemente le a 1 lógico. Naturalmente, su salida ordenan colocarse en 0, situación en la negada, así que 0’ asumirá el valor de que ya se encuentra el sistema. reposo y su salida es de 0. Justo en instante, la entrada S dispositivo se lleva hacia “alto", lo que 0. salida se mantiene igual. Los dos entre t₆, y t₇, no tienen ningún efecto En t₇, el cerrojo recibe nuevamente la En el instante t₂, el nivel lógico a la orden de ponerse en 1, por lo cual su entrada S cambia a 0, por lo cual sus salida Q asume el nivel lógico alto. Sin dos entradas adoptan niveles lógicos embargo, en t₈, R y S se han activado sistema a su condición de reposo, y, ponerse simultáneamente en 1 y en 0. de cero. Esto nuevamente lleva al por tanto, su salida se mantiene igual. En t₃, la entrada S acepta otra vez un nivel de 1 lógico; la tabla de verdad especifica que la salida Q del cerrojo ambos, Esta instruyendo combinación de al cerrojo entradas a es considerada como ilegal o inválida, y el efecto sobre la salida del cerrojo es impredecible. debe ponerse en 1. Como su salida ya Conviene notar que en el diagrama de se encuentra en 1, no se produce tiempos que se viene analizando, se ningún cambio en el estado del latch. En t₅ la entrada R se lleva a 1 mientras que S se mantiene en 0. El resultado es que la salida del cerrojo cambia a cero, de acuerdo con su tabla funcionamiento. de han asumido cerrojos ideales cuya respuesta instantánea, y por consiguiente, los cambios en el estado del sistema coinciden exactamente con los instantes de activación de las entradas correspondientes. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento es 192 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Estructura y funcionamiento del En la figura (C) se muestra el mismo circuito circuito Latch SET-RESET con estructura NOR Los dispositivos que estabilizan en un de la figura (B), pero presentado de tal manera que se destaca la interconexión de las salidas con las entradas. Conviene hacer notar solo estado lógico no resultan de que los dos circuitos son equivalentes de diseño excepcionales. En cambio, si muestra la representación simbólica mucha utilidad, excepto en situaciones se combinan las características de los dos cerrojos descritos anteriormente en todo sentido. En figura (D) se del circuito implementado por las dos compuertas NOR. en un solo circuito, es posible obtener como resultado la opción de llevar la salida del sistema a uno de los dos estados estables posibles, 0 ó 1: una compuerta NOR con sus dos entradas conectadas entre sí para emular el funcionamiento del inversor. El circuito se muestra en la figura (A) de la siguiente hoja; como se advierte en ella, el comportamiento de este circuito Latch SET-RESET con estructura NAND continúa siendo el de un latch-reset. Si a ese circuito se le desconecta la entrada inferior de la compuerta N2, tal y como se muestra en la figura (B), entonces se dispondrá de una entrada de reset al latch. De esta manera se ha creado una latch o cerrojo SET-RESET o un latch SR. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 193 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES ahora corresponderá a R=1 y S=1, mientras que la combinación prohibida será S=O y R=0. • Latch con retardo - Tabla de excitación En el esquema que aparece enseguida, se muestra la tabla de verdad que resume el funcionamiento del cerrojo D con su correspondiente diagrama de También es posible implementar un circuito de comportamiento similar al latch RS que se describió anteriormente pero utilizando ahora compuertas NAND. En la figura se muestra cómo se pueden interconectar dos compuertas NAND para obtener resultados similares. estados. Al analizarla se puede observar que la operación de este cerrojo es mucho más sencilla que la del RS, ya que el estado de su salida se determina por una sola variable de control, D, siempre y cuando el cerrojo se encuentre habilitado por una señal alta en la entrada C. Es decir, el estado del cerrojo se determina por el valor de El comportamiento de un circuito como éste es idéntico al que se implementa D, siempre y cuando el cerrojo se encuentre habilitado para cambiar. mediante las compuertas NOR, excepto porque que las entradas R y S resultan de activación en bajo. Esto significa que se desea llevar el latch a 1, será necesario conectar un 0 a la entrada S (activarla en bajo), mientras que la entrada R debe llevarse a 1 - Características de tiempos (desactivarla). La condición de reposo Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 194 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En el diagrama de tiempos de la valor siguiente figura se muestra una haciéndola igual a 0. secuencia de eventos que ilustran la es transferido a su salida, Entre t2 y t3 se presenta un pulso de operación del cerrojo. valor igual a 1 en D; sin embargo, el cerrojo no está en disposición de atender la solicitud de cambio ya que su entrada de habilitación está desactivada. En consecuencia, el pulso en D es ignorado y el latch mantiene su estado. Ahora, entre t3 y t6, el nivel en C se hace alto, con lo cual el cerrojo se En este diagrama se puede observar habilita, quedando así en capacidad de que antes del momento t1 el estado seguir las variaciones de valores a su presenta un valor de 1, mientras que sigue del cerrojo es tal que su salida, Q, su entrada de habilitación, C, se encuentra a nivel bajo, inhibiendo así los cambios de estado en el cerrojo; en consecuencia, el estado del cerrojo se mantiene así hasta en tanto no se produzca la activación de C. Ahora, entre t1 y t2, se ha producido la activación de C, lo que causa que el cerrojo esté en disposición de seguir los valores presentes a su entrada D. En este intervalo D=0, por lo que este entrada D; es así como su salida, Q, fielmente variaciones presentes desde su entrada. Para consolidar la comprensión de lo que es el latch D, uno de los más útiles y usuales en la implementación de circuitos digitales., se recomienda al lector continuar diagrama hasta el análisis concluir toda del la secuencia. - Estructura y funcionamiento del circuito Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento las 195 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES cerrojo para recibir datos con una señal de 1 en su entrada C. La coincidencia de estas dos señales produce como resultado que la salida del cerrojo adopte el nivel lógico de 1. Una vez el cerrojo haya adoptado su En esta figura se representa el símbolo lógico del latch D, así como su implementación a partir de un cerrojo RS convencional. En esencia, el latch D es el mismo cerrojo RS con habilitación, con la diferencia de que la entrada R al cerrojo se ha hecho igual a la entrada S negada. Como resultado, el conjunto cerrojo-inversor entradas que habilitación C. sólo son la presenta D y la nuevo nivel, indujeron, retirarse. El D señales y en cerrojo que C, lo pueden mantendrá su estado mientras no se le ordene lo contrario. CONTEXTUALIZAR CON: Trabajo en equipo dos de El inversor utilizado para generar la entrada R ayuda además para eliminar la ambigüedad resultante de activar simultáneamente las dos entradas del cerrojo. Por ejemplo, supóngase que se desea almacenar el número 1 en un latch D. Para el efecto, simplemente se coloca el valor de 1 en la entrada D, mientras que simultáneamente se habilita al Competencia tecnológica Identificar cuáles son los más avanzados para información y cuáles tendencias de desarrollo este campo • biestables almacenar son las futuro en Junto con tus compañeros de equipo, investiga en revistas, textos especializados, o en las fuentes Internet: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento en las disponibles en la 196 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Qué tipo de biestables mediano plazo existen en el mercado, cómo se clasifican y con qué criterios se agrupan. - Cuáles son las aplicaciones más importantes de cada tipo de biestables. Indaguen especialmente aquéllas que sean relevantes para 2.2.1 CIRCUITOS DE TIEMPO - Cuáles son los biestables más almacenamiento para el de información • control de eventos en sistemas digitales, o bien como divisores de - Qué tipo de biestables se incluso como sistemas de control de Analicen Uno de los circuitos temporizadores de la información que disparo. obtuvieron uso más generalizado es el conocido Elaboren un trabajo en el que configurado presenten los resultados de la búsqueda • Los circuitos de tiempo son útiles para frecuencia en diversas aplicaciones e desarrollarán en el futuro • 2.1 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop’s la carrera que estudian avanzados RESULTADO DE APRENDIZAJE Incluyan como LM555. Este circuito puede ser en dos modalidades: Astable, con oscilador o reloj y, y Monoestable, con un solo pulso. en el trabajo una sección en la que presenten sus conclusiones acerca de estos dispositivos, su importancia y la • Circuitos Astable de tiempo en modo -Funcionamiento evolución que tendrán en el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 197 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Cuando el LM555 es configurado en modo oscilador genera un tren de pulsos con una frecuencia definida por componentes resistor variando RA el componentes y un externos (un capacitor C2); valor se de puede estos también variar la frecuencia. La siguiente figura muestra al LM55 en su configuración Astable. RA = el valor de resistencia para variar la frecuencia C = el valor del capacitor para variar la frecuencia En cualquiera de los dos casos debe elegirse un valor de resistencia o de capacitor de manera arbitraria; es recomendable que dicho valor sea comercial para poder efectuar los cálculos como se siguiente ejemplo: muestra en el 1. Se solicita el diseño de un oscilador de 400Khz utilizando un LM555, Para desarrollarlo habría que utilizar la ecuación - Cálculo del circuito Cuando el circuito se estructura en modo Astable, la ecuación que lo describe es: f = 144/((RA + 2RB)C) Donde: f = la frecuencia de la señal generada f = 144/((RA + 2RB)C) y seleccionar un capacitor comercial. Suponiendo que éste fuera de 0.01 μF, habría que despejar la ecuación de la siguiente manera: f = 144/((RA + 2RB)C) (RA + 2RB) = 144/fC de donde se obtiene que (RA + 2RB) = 360Ω Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 198 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Ahora se selecciona RA = 120Ω; así RB = (360-120)/2 = 120Ω Por lo tanto los valores que generan una señal de 400Khz son: RA = 120Ω - Funcionamiento RB = 120Ω La función de un monoestable es la de C = 0.01 Μf El Diagrama resultado de generar final con los el valores calculados, y la forma de onda de la señal se muestran en la siguiente figura: un pulso de salida cuya duración está determinada por las necesidades de implementación, y cuya activación se da a través de circuitos externos al diseño. En este sentido, el pulso de salida depende directamente de un flanco de disparo. La siguiente figura muestra el pulso de salida de un monoestable ocasionado por un flanco positivo de disparo. La Diagrama de un oscilador de 400Khz utilizando un LM555 • configuración en el modo Monoastable para el LM555 se ilustra en la siguiente figura Circuitos de tiempo en modo Monoestable Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 199 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Investigación documental Competencia de información - Cálculo del circuito Para el modo Monoastable, la ecuación que describe la duración del pulso es: Identificar los principales tipos de temporizadores disponibles en el mercado. • Tw = 1.1RAC a Internet cuáles principales través de son la los temporizadores disponibles en el mercado y Donde, Tw = la duración del cuál es su función; si es pulso posible averigua también el costo de cada uno de ellos RA= el valor de resistencia C= el valor del capacitor • los con facilidad las ventajas de arbitrariamente el valor del capacitor, unos se recomienda seleccionar un valor implementación del circuito con cuadro el que puedan identificarse Monoastable como hay que elegir facilite un resultados de tu búsqueda en Astable, cuando se trabaja con el que Elabora comparativo De la misma manera que en el modo comercial Investiga sobre otros, tanto funcionales como de costo la • Analiza la información que obtuviste y redacta algunos CONTEXTUALIZAR CON: comentarios manera de conclusión sobre el tema Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento a 200 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES los requisitos de establecimiento y retención se cumplieran en todos los 2.2.2 LOS FLIP-FLOP´S • casos, el análisis sería como sigue: El Flip-flop Set-Reset(SR) o SetClear(SC) • son 0 y se supone que la salida Q es 0; es decir Qo = 0. - Tabla de excitación La tabla de excitación para un Flipflop Set-Reset muestra Inicialmente todas las entradas o enseguida; Set-Clear este e • Cuando ocurre el primer pulso de reloj (punto a), las entradas S y C se son 0, por lo tanto el FF no se FF afecta y permanece en el estado Q responde cuando recibe un pulso de = 0, es decir, Q = Qo. reloj de subida (positivo). • Cuando ocurre el segundo pulso de reloj (punto c) la entrada S ahora es alta, con C aún baja. Así, el FF se fija al estado 1 en el borde ascendente -transición con pendiente positiva- del pulso de reloj. • Cuando el tercer pulso de reloj hace su transición positiva (punto e), en ciM que S=0 y C= , lo que - Características de tiempos ocasiona que el FF se borre al estado 0. En la figura que aparece en la siguiente página se representan las formas de onda presentes en la operación del flip-flop sincronizado por reloj. Con base en esa figura, y considerando que • El cuarto nuevamente establece el FF al estado Q=1 (punto g), porque S=1 y C=0 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento pulso 201 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES cuando ocurre la transición positiva. • El quinto pulso también encuentra que S=1 y C=O cuando hace su transición de pendiente positiva. Sin embargo, Q ya es alta y, por lo tanto, permanece en ese estado. • La condición S=C=1 no se debe usar porque da como resultado una condición ambigua. La circuitería interna de un FF sincronizado por pulsos de reloj no requiere un análisis detallado porque todos los tipos de FF están fácilmente disponibles integrados. en forma de circuitos A manera de ejemplo, en la figura se muestra una versión simplificada de la circuitería interna de un FF SC disparado por el borde. S-C Como se advierte en el esquema, el circuito tiene tres secciones: 1) Un latch básico de compuertas NAND formado por NAND-3 y NAND-4 2) Un circuito conductor de pulsos - Estructura y funcionamiento del circuito formado por NAND-1 y NAND-2 3) Un circuito detector de bordes Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 202 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES El análisis del mismo, permite ver • cómo el detector de bordes produce un flip-flops hacia positivo, al mismo tiempo que la información que y si lo se consideras necesario, compleméntala transición activa el pulso de entrada que CLK. El circuito conductor del pulso duración- a la entrada SET o CLEAR del la presenta en este manual sobre los pico (CLK*) de corta duración que va "dirige" el pico impulso de muy corta Revisa resuelvas ejercicio. • el para siguiente En la figura que aparece debajo latch, de acuerdo con los niveles de este párrafo se muestra el S=1 y C=0 la señal CLK* se invierte y bits; suponiendo que inicialmente presentes en S y C. Por ejemplo, con registro de desplazamiento de 4 pasa por la compuerta NAND-1 para Q0=Q1=0 y Q2=Q3=1, dibuja la SET del latch que resulta en Q=1. Con si se aplica una secuencia de pasa por NAND-2 para producir un sincrónica con el reloj. producir un pulso bajo en la entrada señal de salida de cada flip-flop, S=0 y C=1 se invierte la señal CLK* y entrada 10101 de manera pulso bajo en la entrada “BORRAR” del latch que restablece Q=0. PAEA CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio • Compara tus resultados con los de tus compañeros y si persisten Competencia analítica Definir las salidas de los FF de acuerdo con las especificaciones recibidas. dudas sobre la solución correcta, consúltalas con algún especialista o con el PSP Estudio individual Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 203 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En la figura siguiente se muestran el teórica Competencia científico- Consulta flip-flop D sincronizado por reloj que dispara en una transición positiva del Describir los distintos tipos de flipflops de acuerdo con sus características. • símbolo y la tabla de verdad para un en algún pulso de reloj. A diferencia de los flipflop SC y JK, este flip-flop sólo tiene una entrada síncrona de control, D, que significa datos. texto especializado o en las fuentes disponibles en la Internet cuáles son los diferentes tipos de flip- flops que pueden ser activados por nivel y en qué consisten los flip-flops maestro-esclavo. • Elabora una cuadro en el que expliques cuáles características y en son qué sus se diferencian unos de otros • Estudia el cuadro hasta que consideres que puedes hacer una descripción completa de cada uno de esos flip-flops - Características de tiempos En la figura que aparece debajo de este párrafo se presentan una figura que ayuda a comprender cómo se comportan los tiempos. Con base en ella, supóngase que inicialmente Q es alta. Cuando ocurre la primera transición positiva en el punto a, la entrada D está en bajo; de esta manera, Q pasará al estado 0. Aunque el nivel en la entrada D cambia entre los puntos a y b, no tiene efecto en Q: Q almacena el nivel bajo que estaba en • El Flip-flop D - Tabla de excitación D en el punto a. Cuando ocurre la transición positiva en b, Q pasa a alto puesto que D está en ALTO en ese Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 204 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES momento. Q almacena este estado alto Como puede verse en la figura que hasta que la transición negativa en el aparece enseguida, la operación del punto C ocasiona que Q pase a baja, flip-flop es muy simple: Q pasará al momento. entrada D cuando ocurra una transición puesto que D está en bajo en ese mismo estado que esté presente en la positiva del reloj. En otras palabras, el nivel presente en D se almacenará en el flip´flop en el instante en que ocurra la transición positiva del reloj. De manera similar, la salida Q adopta los niveles presentes en D cuando ocurre la transición positiva en los puntos d. e, f y g. Asimismo, se puede observar que Q permanece en alto en el punto e porque D aún está en alto. También es importante recordar que Q sólo puede cambiar cuando 001 es una transición negativa. La entrada D no tiene efecto entre las transiciones CONTEXTUALIZAR CON: Comparación de resultados con otros compañeros con pendiente positiva. - Estructura y funcionamiento del Competencia para la vida circuito Presentar sus ideas y argumentarlas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 205 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES con claridad, en un ambiente de respeto. • RESULTADO DE APRENDIZAJE Con base en tus conocimientos sobre la operación de circuitos lógicos secuenciales empleando flip-flops, redacta 3 conclusiones sobre el tema y escribe los argumentos en los que te basaste para establecerlas. • con y tus plantea argumentos para explicarlas • tus Escucha y analiza atentamente tus compañeros Contra-argumenta Mantente se lleva si respetuoso intervenciones de de lo las tus compañeros, utiliza un lenguaje adecuado para la discusión y cuida que tus intervenciones sigan el orden establecido por el grupo. digital a cabo es común que se requiera retenerlos en ubicaciones de el datos intermedias del temporal para almacenamiento que se envíen a otra localización similar. A consideras necesario • Cuando manipularlos y modificarlos antes de las observaciones que te hagan • 2.3.1. REGISTROS DE CORRIMIENTO procesamiento Compártelas compañeros 2.3 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. los permiten dispositivos llevar almacenamiento a digitales que cabo temporal este se les conoce como registros de corrimiento o registros de desplazamiento. En virtud de que las características básicas de dichos registros son la memoria y el desplazamiento de información, se trata de registros son circuitos secuenciales constituidos por flip-flops, cada uno de los cuales maneja un bit de la palabra binaria. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 206 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Por lo general se da el calificativo de registro a un conjunto de 8 o más flipflops. Muchos registros usan flip-flops tipo D aunque también es común el Ambos tipos pueden obtenerse sin dificultad como unidades comerciales. Son muy populares los de 8 bits, ya en frecuencia los computadores manipulan Out) permite hacer tanto la carga como la lectura en forma paralela y también tiene la posibilidad de hacerlo en forma serial; de ahí que se le uso de flip-flops JK. que El registro PIPO (Parallel in – Parellel bytes con de considere como el registro universal. El principio de funcionamiento de este tipo de registro en paralelo se muestra a continuación. información. • Registros de corrimiento genéricos Un registro de desplazamiento es un grupo de FF conectados de tal manera que cada uno transfiere su bit de información al siguiente FF más significativo del registro en presencia - Entrada serial-salida serial Este registro se conoce como Registro SISO (Serial In – Serial Out) y recibe de un pulso adecuado del reloj. datos en forma serial, es decir, el Los registros de desplazamiento se de datos binarios, de tal forma que a pueden clasificar de acuerdo con la forma en que reciben y entregan los datos como sigue: - Entrada en paralelo y Salida en paralelo primer FF está conectado a una fuente cada pulso de reloj cada uno de estos datos es transportado a lo largo de toda la cadena de FF’s. El principio de operación se muestra en el siguiente esquema: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 207 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Pulso de corrimiento Un registro de desplazamiento consiste en un grupo de flip-flops conectados de tal manera que cada uno transfiere su bit de información al siguiente flip- - Control Clear flop más significativo del registro en presencia de un pulso adecuado de reloj denominado también pulso de corrimiento. registros como se advierte en ella, los bits se desplazan se reciben ceros en la posición vacante que deja el bit más significativo de la secuencia, es decir, el de la izquierda. Clear o CLR que se registro en ceros; de ahí se deriva el nombre de control clear. - Control Preset pulso de reloj, de manera tal que los cuando son desplazados al tiempo que corrimiento utiliza para poner todos los bits del una posición hacia la derecha con cada bits de la extrema derecha se pierden de cuentan con una entrada asincrónica denominada En la siguiente imagen se muestra su forma básica de operación; Algunos En algunos registros de corrimiento se utiliza este control porque permite “precargar” información en el registro; es decir, esta función permite ingresar datos al registro antes de iniciar el pulso de corrimiento. • Registros de corrimiento MSI Los diversos tipos de registros se clasifican como sigue de acuerdo con la forma en que pueden ingresar los datos para su almacenamiento, y a la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 208 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES forma en la cual se les da salida del configurarse de tal forma que opere registro. como ¾ Entrada en paralelo-salida en paralelo registro del tipo paralelo- paralelo o bien serie-serie. En este tipo de registro todos los flip- flop’s son enviados a un estado bajo ¾ Entrada serial-salida serial cuando se aplica un nivel bajo en la ¾ Entrada en paralelo-salida serial entrada indicada como CLEAR, siempre ¾ Entrada serial-salida en paralelo encuentre Cada uno de tipos de registro, así como algunas variaciones de ellos, se encuentran disponibles en forma de circuito integrado, así que es muy probable que un diseñador de circuitos lógicos encuentre en el mercado exactamente lo que se requiere para y cuando la entrada inactiva PRESET (nivel se bajo); el control de CLEAR es independiente del pulso de reloj. El registro puede ser operado para carga en paralelo usando de manera conjunta las entradas CLEAR y PRESET. Después que se han colocado todos los una aplicación determinada. FF en cero, los datos son cargados de Enseguida se describen algunos de los entradas señaladas como A, B, C, D y E, registros de corrimiento disponibles en el mercado. manera individual en cada una de las y cuando un pulso alto ha sido colocado en la entrada PRESET para habilitar el modo de carga. - El registro SN 7496 Se trata de un registro de corrimiento tipo serie-paralelo o bien paralelo- serie compuesto internamente por 5 flip-flop’s RS entradas como configurados La tabla de verdad y el símbolo lógico de este tipo de registro se muestran a continuación. como maestro-esclavo; así que tanto las salidas pueden Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 209 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En virtud de que este circuito es obsoleto, difícilmente se encuentra en el mercado. Sin embargo, se presenta por si lo encontraran en algún circuito lógica ya implementado. Su tabla de verdad y su símbolo lógico se muestran a continuación. - El registro de corrimiento SN74165 Se trata de un registro de ocho bits de carga paralela. La carga de datos se hace de manera directa en cada una de las entradas, siempre y cuando el terminal SHIFT/LOAD se encuentra - El circuito SN74179 activado con un pulso bajo de señal. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 210 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Este es un registro de carga paralela de Este registro es conocido como registro 4 bits que realiza de manera síncrona, bidireccional universal de cuatro bits. su frecuencia de operación es de 39 Funciona con carga paralela síncrona y información se hace hacia la derecha. derecha y hacia la izquierda. Mhz y el desplazamiento de la Su tabla de verdad y su encapsulado se muestran en la siguiente figura. puede tener desplazamientos hacia la Está diseñado para programarse en cualquier tipo de configuración y según las necesidades de diseño; la carga síncrona en paralelo se logra enviando a los terminales S0 y S1 un pulso positivo (alto). Durante la carga de datos la función de corrimiento está inhabilitada. Su tabla de verdad y su símbolo se muestran a continuación. - El registro de corrimiento SN74194 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 211 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES implementación • Repasa nuevamente la sección dedicada a corrimiento los registros de y elabora un resumen en el que describas las principales características de cada uno de los tipos revisados • Agrega también qué efectos tiene el pulso de corrimiento, el control Clear y el Control Preset • Estudia el resumen que elaboraste. • CONTEXTUALIZAR CON: Resumen Ejemplos de diseño con registros - Unidad sumadora Serial En una sección anterior a ésta, se explicó que al circuito lógico que forma la suma aritmética de dos bits y un acarreo previo se le conoce como Competencia lógica Identificar los distintos tipos de registros de corrimiento y las funciones relacionadas con su “Sumador completo”. Los dos números binarios pueden sumarse en forma serie desplazando o bits significativos en forma secuencial a través de un sumador completo. El bit de suma de salida de un sumador Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento pares 212 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES completo es desplazado al registro que a través de un registro de corrimiento retiene SISO o bien un registro SIPO ya que, la suma y el acarreo del sumador completo es almacenado en puede flip-flop proporciona el acarreo para el bien sólo la carga puede ser de manera están saliendo de los registros de de manera paralela. un flip-flop especial; entonces, dicho siguiente par de bits significativos que desplazamiento en los que se retienen el sumador y el sumando. El Circuito lógico correspondiente se interesarnos la recepción y descarga de datos de manera serial, o serial y la entrega de datos a la salida La Figura ejemplifica un circuito de acumulador que incluye tanto carga paralela como serial además de desplazar la información de ambas muestra en el siguiente esquema: formas. Este circuito ejemplifica además los dos tipos de acumuladores tanto serial como paralelo. -Acumuladores seriales Un Acumulador no es más que un registro donde se almacenan temporalmente los datos que serán tratados por la unidad aritmético lógica entro de un sistema digital que realice operaciones aritméticas o de comparación. El acumulador serial, se encarga de recibir de manera serial la información que proporciona la ALU. Esto puede ser - Registros o acumuladores paralelos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 213 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Se mencionó previamente que un variedad de compuertas. Cuando se registro o acumulador es un grupo de incluye en un paquete CI tendrá cuatro flip-flop’s y compuertas que afectan las transiciones del flip-flop. El número de flip-flop’s en el registro indica el número de bits almacenados en él. Un registro de n bits consta de n flip- flop’s y puede almacenar cualquier información binaria que contenga n bits. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de registro de cuatro bits. salidas de A1 a A4, cuatro entradas I1 a I4, y tres entradas comunes de control. Cada una de las entradas de control tiene un separador un amplificador no inversor cuyo propósito es reducir la carga de la señal de control de entrada. Esto se debe a que cada entrada de control se conecta solamente con una entrada del separador en lugar de hacerlo a las cuatro entradas de la compuerta que habrían sido requeridas si la compuerta estuviera presente. separadora no La entrada aclarar llega a una terminal especial en cada flip-flop, la cual aparece marcada con un círculo. Cuando este terminal alcanza el 0, el flip-flop es aclarado asincrónicamente, es decir, sin que necesite un pulso de reloj. Esta entrada es útil para llevar todos los flip-flops del registro al estado inicial aclarado antes de la operación con su reloj. La entrada De acuerdo con la figura, este registro consta de cuatro flip-flops y de una aclarar debe llegar al estado 1 durante las operaciones normales de reloj. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 214 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES El pulso de entrada de reloj del registro Para cada I que es igual a 1, las recibe entradas del flip-flop correspondiente continuamente pulsos sincronizados que son aplicados a se mantienen en S=1 y R=0. Para cada cada está entradas del flip-flop son R=1 y S=1; círculo pequeño debajo del triángulo registro, siempre y cuando la entrada todos los flip-flops. La entrada CP en uno de los flip-flops marcada con un pequeño triángulo. El indica que las transiciones de salida del flip-flop ocurren durante el flanco descendente del pulso de de que ocurra transición de salida o no se debe a la determinan trasferida al carga esté en 1, la entrada aclarar esté en 1, y ocurra un pulso de reloj. Este a que todos los bits del registro se Las dos compuertas AND y el inversor flip-flop es una entradas /¡ e /4. cada información tipo de transferencia se designa como entrada carga y al estado de las en esta reloj (transiciones de 1 a 0). Sin embargo, el hecho I que es igual a 0, las correspondientes los valores de las entradas R y S. Si la entrada de carga es 0, tanto R como S transferencia de carga paralela debido cargan simultáneamente. Cuando el registro está dentro de un paquete CI tendrá cuatro terminales de salida, cuatro terminales de entrada, tres terminales de control y dos o tres terminales de suministro de potencia. Por consiguiente el registro puede están en 0 y no puede ocurrir cambio encerrarse en un paquete estándar de de estado con ningún pulso de reloj. 14 patas, Así, la entrada carga es una variable de control que puede prevenir cualquier puede expandirse a cinco bits en un paquete de 16 patas, o a nueve bits en un paquete de 24 patas. cambio de información en el registro, Si se necesitan más de cuatro bits para 0. Cuando la entrada carga alcanza el o más CI’s de 14 patas. Así, un registro siempre y cuando su entrada esté en el registro, se tendrán que utilizar dos 1, las entradas I1 a I4 determinan la de 8 bits requiere dos CI’s y un registro información de 16 bits requiere cuatro CI’s. binaria que debe ser trasferida al registro en el siguiente pulso de reloj. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 215 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES − Secuenciadores (luces y CONTEXTUALIZAR CON: anuncios publicitarios). Elaboración de trabajo − Multiplicaciones y divisiones por 2, 4, 8, 16 bits. − Operaciones que se hacen en Competencia lógica. forma secuencial. Describir el papel de los registros de corrimiento en distintas aplicaciones prácticas. • • • por escrito tu explicación sobre la utilidad y es el papel que tienen para el papel la de los registros de corrimiento en la cada una de información las aplicaciones anteriores. Identifica por qué son útiles • los registros de corrimiento en y qué papel juegan dichos registros • trabajo los y analiza las semejanzas y diferencias que encuentres entre tus explicaciones y las que ellos serie en paralelo y viceversa. propongan • Si persisten dudas al respecto, consúltalas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento el Comparte tus ideas a con tus compañeros − Conversión de protocolo microcomputadores. en para sacar tus conclusiones − Transmisión de datos. − Puertos de salida de los Incluye argumentos en que te basaste cada una de las siguientes aplicaciones consulta Elabora un trabajo en el que presentes analiza cuidadosamente cuál • necesario, puedas realizar la tarea. los registros de corrimiento y digital de es información adicional para que Repasa la sección dedicada a procesamiento Si con algún 216 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES especialista o con el PSP. Contadores Los contadores son circuitos de propósitos específicos construidos a partir de Flip-flop´s especialmente para y las diseñados tareas de conteo de eventos en un sistema digital. Pueden clasificarse en dos grandes grupos: el de Contadores síncronos y el de Contadores asíncronos. • añadido dos compuertas AND. Para que un contador opere de manera síncrona la señal de reloj debe llegar al mismo tiempo a los FF que componen Esto siguiente diagrama. se la señal del reloj está conectada a reloj es común a los FF’s y se han Contadores binarios circuito. asíncrono pero con la diferencia de que todos y cada uno de los FF, es decir, el -Contadores binarios síncronos el Este tipo de contador es semejante al ilustra en el - Contadores binarios asíncronos El más sencillo de los contadores digitales es el conocido como “Contador de rizado” o “Contador de 4 bits”; el esquema que tiene aparece en la siguiente figura. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 217 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Este tipo de contadores tienen una secuencia definida; esto significa que llevan a cabo el conteo según el código BCD (Binary Code Decade) y, por lo tanto, las combinaciones de conteo válidas para este contador serán desde 0000 hasta 1000 (0 a 9) que son las diez combinaciones válidas en código BCD. De acuerdo con el diagrama, la señal de reloj se conecta al primero de los Flip-flop´s y los relojes de los FF siguientes se derivan de las salidas de los FF que los preceden. Los leds colocados en las salidas de los FF indican de manera visual el conteo ascendente. un Contador BCD. Debido a que los relojes de los FF dependen de las salidas de los FF anteriores, se considera que este contador opera de manera asincrónica. • La figura anterior muestra el circuito de Los Contadores BCD -Contador BCD síncrono - Contadores BCD asíncronos Una característica de los contadores asíncronos es –como su nombre lo indica- que no poseen una entrada de reloj común a todos los flip-flop´s. En este sentido, los últimos FF tienen como entrada de reloj la salida de los FF en etapas anteriores a ellos. Este Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 218 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES comportamiento en los contadores BCD asíncronos se ilustra con el siguiente diagrama: Siguiendo la imagen de la figura, la • Contadores Ascendente/Descendente entrada de control “ascendente/descendente” es la que controla y determina si las salidas normales del FF o las salidas invertidas - Contadores Ascendente/Descendente síncronos del FF se alimentan a las entradas J y K de los flip-flop’s sucesivos. Cuando “ascendente-descendente” se mantiene en ALTO, las compuertas AND 1 y 2 se habilitan, mientras que En la siguiente figura se muestra cómo formar un contador ascendentedescendente en paralelo. las compuertas AND 3 y 4 se deshabilitan (nótese el inversor). Esto permite que las entradas A y B pasen a través de las compuertas 1 y 2 hasta las entradas J y K de los flip-flop’s B y C. Si “ascendente-descendente” se mantiene en BAJO, las compuertas AND 1 y 2 se deshabilitan, mientras que las Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 219 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES compuertas habilitadas. AND 3 Esto y 4 permite están que las salidas A y B pasen a través de las compuertas 3 y 4 hacia las entradas J y operación de conteo ascendente es activa en ALTO y la operación de conteo descendente es activa en BAJO. K de los flip-flop’s B y C. Las formas de - Contadores Ascendente/Descendente figura muestran cómo se realiza esta Es asíncronos onda que aparecen en la siguiente operación. relativamente fácil construir contadores descendentes (de rizo) que permiten contar hacia abajo hasta llegar a cero a partir de un conteo máximo. Antes de analizar el circuito para un contador descendente de rizo conviene examinar la secuencia de conteo descendente para un contador de tres bits: De acuerdo contador con la figura de este descendente MOD-8 un que Es importante notar que para los aparece “ascendente-descendente”= estados de salida del FF a medida que primeros cinco pulsos de 1 reloj, y el debajo de párrafo, supóngase que A, B y C representan los contador cuenta hacia arriba, mientras el contador pasa por su secuencia. “ascendente-descendente”= (LSB) cambia estados (conmuta) en que para los últimos cinco pulsos, contador cuenta hacia abajo. O y el La nomenclatura empleada para la señal de control (“ascendente- descendente”) se eligió para dejar en claro cómo afecta al contador: la Como se observa en ella, el flip-flop A cada etapa de la secuencia como lo hace en el contador ascendente. El flip- flop B cambia estados cada vez que A pasa de BAJO a ALTO; C cambia estados cada vez que B pasa de BAJO a ALTO. Así, en un contador descendente Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 220 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES cada FF, excepto el primero, debe cambiar estados cuando el FF anterior pasa de BAJO a ALTO. Si los flip-flop’s tienen entradas CLK que responden a transiciones negativas (de ALTO a BAJO), entonces se puede colocar un inversor enfrente de cada entrada CLK: sin embargo, se puede lograr el mismo efecto excitando cada entrada CLK del FF desde la salida invertida del FF anterior. Los pulsos de entrada se aplican al flip-flop A. La salida A’ sirve como la entrada CLK para el flip-flop B; la salida B’ sirve como entrada CLK para el flip flop C. Las formas de onda en A, B y C muestran que B cambia de estado cuando A pasa de BAJO a ALTO (de manera que A pasa de ALTO a BAJO) y C cambia de estado cuando B pasa de BAJO a ALTO. Esto da como resultado la secuencia de conteo descendente deseada en las entradas C, B y A. Esta secuencia se representa en el diagrama de transición de estados que aparece un poco más adelante. Los contadores descendentes no se utilizan tanto como los ascendentes. Su principal aplicación situaciones en las que se debe saber cuándo ha ocurrido un número deseado de pulsos de entrada. En estas situaciones el contador descendente se preestablece con el número deseado y luego se permite que cuente hacia abajo a medida que se apliquen los pulsos. Cuando el contador llega al estado cero esto se detecta mediante una compuerta lógica cuya salida indica que el número prefijado de pulsos ha ocurrido. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento corresponde a 221 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES información adicional si lo consideras necesario, elabora el diagrama de estados y el circuito para implementar el contador digital que usa un reloj digital. • Redacta la explicación de la forma en contador Diagrama de transición de estados y que el opera el diagrama estados respectivo CONTEXTUALIZAR CON: Realización del ejercicio • Los Contadores de Módulo N - Los contadores de Módulo N síncronos Competencia analítica Interpretar la operación de los contadores con base en diagramas de los circuitos y en diagramas de estados de acuerdo con el propósito de diseño • Revisa nuevamente la sección contadores que dividan por N, esto es, módulo N, con circuitos tipo 74192 y 74193, es decodificando la cuenta deseada y conectando la salida del decodificador a la entrada de borrado, CLEAR. Así, cuando el contador llega al anterior, pon especial cuidado número N, el decodificador lo inicializa los contadores. secuencia de conteo. a los ejemplos de operación de • La manera más sencilla de diseñar Con base en lo que has revisado sobre el tema, y en a En cero, forzándolo este se dice que su el contador es borrado por un glitch. A Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento sentido, a reanudar 222 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES continuación se desarrolla un ejemplo compuerta AND se conecta a ambas para ilustrar este proceso. entradas de borrado de los contadores, Si se trata de diseñar un contador Módulo 147, utilizando contadores 74LS193, lo primero que hay que hacer es la conversión del 147 decimal en sistema binario: 10010011. tanto, es necesario disponer de dos contadores de 4 bits en cascada para contener números cuenta de 147, todo el contador se inicializa a cero, reanudando a partir de este valor su conteo ascendente otra vez. Obsérvese entonces cómo cada 147 pulsos de reloj el contador se Es decir, un número de 8 bits. Por poder por lo cual, cuando el sistema llega a la de esta magnitud. inicializa. Es importante, sin embargo, tener presente que durante un tiempo muy breve, tal vez 30 ó 40 nanosegundos, el contador ha ocupado un estado que sólo sirve para generar la condición de En la figura siguiente se muestra el circuito con el cual se consigue el objetivo planteado: inicialización a cero. Esto origina un glitch que puede o no resultar perjudicial, dependiendo de las características de funcionamiento del circuito o del ambiente en al cual opere el divisor. - Los contadores de Módulo N asíncronos Como se advierte en la figura, la compuerta AND decodifica la presencia del número 147 en binario a las salidas de los contadores, y en respuesta pone su salida en nivel alto. La salida de la El contador básico está limitado a números MOD que son iguales a 2N, donde N es el número de flip-flop’s. En realidad, este valor es el número MOD máximo que se puede obtener usando Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento asíncrono N flip-flops. El 223 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES contador básico se puede modificar compuerta NAND sea ALTA, no para producir números MOD menores tendrá efecto en el contador. No que 2N, permitiendo que el contador obstante, cuando pase a BAJA parte de la secuencia de conteo. Uno tal omita estados que normalmente son de los métodos más comunes para hacer esto se ilustra mediante un contador de tres bits que se representa en la figura enseguida. borrará todos los flip-flop’s, de forma que el contador inmediatamente pasará al estado 000. ¾ Las entradas a la compuerta NAND son las salidas de los flip- flop’s By C, y por ende, la salida de la compuerta NAND pasará a BAJO cuando condición B=C=1. ocurrirá Esa cuando el pulso de contador pase del estado 101 al estado 110 en el entrada 6. El estado en BAJO de la salida de la compuerta NAND De acuerdo con la imagen, y sin considerar por compuerta NAND, un se momento ve que la el contador es un MOD-8 binario que contará en secuencia de 000 a 111. Sin embargo, la presencia de la compuerta NAND modificará esta secuencia como sigue: ¾ La salida de la compuerta NAND inmediatamente por lo general en unos cuantos nanosegundosrestablecerá el contador al estado 000. Una vez que los flipflop’s se hayan restablecido, la salida de la compuerta NAND retornará a ALTO, ya que la condición B=C=1 ya no existe. Por lo tanto, la secuencia de está conectada a las entradas conteo es: asíncronas CLEAR de cada flip- flop. Mientras que la salida de la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 224 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES electrónica digital y sus características. • A continuación se presenta una lista de algunos contadores en circuito integrado de uso difundido en Electrónica Digital, investiga cuáles son sus pines o ¾ Aunque el contador pasa terminales y elabora un cuadro al en el que describas para que se estado 110, permanece allí sólo usa cada uno de ellos durante algunos nano segundos antes de reciclarse a 000. Así, ¾ Contador podemos decir que este contador ¾ Contador Binario (14 bits) (cinco) y luego se recicla a 000. ¾ Contador Binario (12 bits) En esencia omite 110 y 111, de tal forma que pasa por seis ¾ Contador Decadal (4 bits) estados diferentes, por lo cual se ¾ Contador Decadal Up/Down (4 trata de un contador MOD-6. Investigación documental Decadal Up/Down cuenta de 000 (cero) a 101 CONTEXTUALIZAR CON: Binario bits) • Investiga también si están disponibles en el Mercado y cuál es cu costo y complementa el reporte de la investigación con la información que obtengas sobre Tecnológica Competencia esto. Identificar los principales contadores utilizados en el campo de la Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 225 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES fabricación y, por lo tanto, ser alterados por el usuario. RESULTADO DE APRENDIZAJE 2.4 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. Estructura de las memorias ROM Evidentemente, la estructura de las memorias tiene almacenamiento información. Las memorias ROM de las memorias ROM denominadas memorias semiconductoras. Aunque, como su nombre lo indica (Read Only Memory), se trata de memorias en que las que los datos almacenados sólo pueden ser leídos, tienen la ventaja de no perder su información cuando se les retira el voltaje de polarización. bits embargo, el de cuando este tipo, pero la más básica de ellas es la que se conoce con el nombre de memoria ROM, propiamente dicha; en datos bits, dicha estructura debe organizarse de tal manera que los bits formen “grupos” o “palabras” mediante las En este sentido, se dice, por ejemplo, que un microprocesador es de 8 bits cuando el número de bits que se transfieren simultáneamente es ocho; una “palabra” es el número de bits que se transfieren simultáneamente desde, o hacia, la memoria. Por ejemplo, los microprocesadores de 8 bits transfieren palabras o grupos de 8 bits. Existe una variedad de memorias de los con cuales se facilite su manipulación. La memoria ROM pertenece a las memoria de ver modernas, se almacenan millones de - Funcionamiento y características esta Sin que como en el caso de las memorias 2.4.1 MEMORIAS • no pueden han sido incorporados durante su proceso de Procesadores poderosos transfieren grupos de 16, de 32 y algunos lo hacen en grupos de 64 bits. Cada una de las palabras de una memoria se almacena en una dirección particular. Los datos que se almacenan Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento más 226 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES se escriben en la memoria, palabra por para facilitar el manejo de los datos. palabra. ser Luego entonces, puede decirse que en usados o leídos posteriormente. Así, la posición de memoria No. 6 está toda Allí palabra se guardan para almacenada en una memoria semiconductora posee dos atributos fundamentales: su dirección, lo que la ubica en cierta parte de la memoria, y el dato, que es el conjunto de bits que se guardan en esta localización. almacenado el dato 11100001. En la práctica, cuando a una memoria como la anterior se le pide que entregue el dato correspondiente a su posición de memoria No. 6, ésta procederá a colocar en sus pines de salida la palabra cuyo contenido es 11100001. Para lograrlo, memoria el dispositivo contiene decodificador de un de subsistema direcciones, que permite el uso de unas cuantas líneas de dirección para localizar cualquiera de los datos almacenados. En la siguiente figura se muestra cómo En la figura siguiente se muestra el caso de una memoria que contiene un total de 128 bits organizados en 16 palabras de 8 bits cada una. Los números a la izquierda indican la opera este sistema de decodificación: a partir de n líneas de direccionamiento el decodificador es capaz de generar un total de 2n direcciones diferentes. dirección de cada uno de los datos o localidades de memoria. Conviene notar que en este ejemplo la numeración que se usa es hexadecimal Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 227 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES que la interfaz se realice fácilmente con un bus computadora. de datos Además de de una las 14 entradas de datos, tiene dos entradas de habilitación, E y S. Ambas entradas deben estar en BAJO para habilitar las salidas de la MROM. La entrada E también realiza una función de reducción de potencia. Cuando E se mantiene en ALTO, la circuitería interna Por lo tanto, para el caso de una memoria de 16 x 8 (16 palabras de 8 bits), sólo serán necesarias 4 líneas, lo cual es suficiente para generar en el decodificador un total de 24=16 direcciones necesarias. Si se tratase, por ejemplo, de una memoria con capacidad de un Megabyte (1.048.576), del chip se pone en un estado de espera de bajo consumo de potencia donde utiliza aproximadamente un cuarto de la corriente de alimentación normal. El TMS47256 tiene un tiempo de acceso de 200 ns y su consumo de potencia en el modo de espera de 82.5mW. se necesitarían un total 20 líneas de La versión CMOS, el TMS47C256, tiene direccionamiento, un tiempo de acceso de 100ns y un puesto que 220= 1.048.576. consumo de potencia en el modo de espera de sólo 2.8mW. - Circuito Comercial El TMS47256 es una versión NMOS que tiene una capacidad de 32K X 8. Su símbolo se muestra en la figura que aparece enseguida. Como advertirse en ella, este circuito puede tiene salidas de tres estados para permitir Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 228 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Para aplicaciones memoria de los este tipo fabricantes de han desarrollado PROM’s con enlace de fusible que el propio usuario programa; se trata de memorias que no son programadas durante el proceso de manufactura. Sin embargo, una vez que se programa una PROM es similar a una MROM • La Memoria ROM Programable (PROM) También es una memoria digital pero se caracteriza porque el valor de cada bit depende del estado de un fusible que puede ser quemado una sola vez. Esto significa que en este tipo memoria los datos pueden ser escritos una sola vez a través del programador PROM. Este tipo de memorias igual que las ROM se utilizan para grabar datos de (Mask Read-Only Memory) en la que no se puede borrar o reprogramar. Es decir, si el programa en la PROM es defectuoso o hay que cambiarlo, se debe desechar la PROM. Por esa razón, con frecuencia a estos dispositivos se les denomina ROM’s “programables una sola vez;". La estructura de la PROM con enlace de fusible es muy similar a la estructura MROM porque ciertas conexiones se manera permanente, la diferencia es dejan intactas o abiertas con el fin de cantidades de información menores , o un 1 ó un 0, según corresponda. que bien, las memorias PROM guardan se trata de datos que deben cambiar en muchos o todos los casos. - Funcionamiento y características programar una celda de memoria como El usuario elegir fundir cualquiera de estos enlaces de fusibles para producir el almacenamiento deseado de datos. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento puede 229 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En general, un valor de datos se dejándolo abierto y almacenando de programa o "quema" en la ubicación de manera permanente un 0 lógico. Las una las columnas que tengan un 1 lógico por información deseada en los pines de fusible, y Vdd en el otro lado por lo voltaje (10-30 V) a un pin especial de y dejan intacto el fusible. dirección, entradas de aplicándola ésta y a colocando la datos para luego aplicar Vpp de alto programación en el CI. En la siguiente figura se muestra la programación descrita. ejemplo, Q()- tienen Vpp en un lado del cual consumen mucho menos corriente Una vez que todas las ubicaciones de dirección hayan sido programadas de esta manea, los datos quedarán permanentemente almacenados en la PROM y se podrán leer una y otra vez ingresando a la dirección apropiada. Los datos no cambiarán cuando se remueva la energía del chip PROM, porque nada causará que un enlace de fusible abierto se cierre de nuevo. - Circuito Comercial Como puede deducirse con base en el El TMS27PC256 es una PROM que se diagrama, todos los transistores en la fabrica con tecnología CMOS para alta aplica a las terminales. circuitos MOS y circuitos bipolares. Las columnas manejadas fila seleccionada se encienden y Vpp se o líneas de datos que tienen un 0 lógico en ellas por ejemplo, Q1 proporcionarán una trayectoria de alta corriente a través del enlace de fusible, quemándolo y por consiguiera velocidad y una simple interfaz con Todas las por pueden tecnología ser TTL sin necesidad de resistores de Pull up. Cada salida puede manejar circuitos TTL sin necesidad de resistores externos. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento entradas 230 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Las salidas de datos son tri-estado para conectar múltiples diseños a un bus común. totalmente El TMS27PC256 compatible con es ROM´s MOS, PROM´S Y EPROM´S de 28 pines y 256K. El TMS27PC256 se ofrece en dos tipos de encapsulado, el primero es de doble línea para montaje en circuito impreso en perforaciones; el segundo encapsulado es el denominado montaje de superficie. El símbolo lógico según la norma IEEE/ANSI se muestra a continuación: CONTEXTUALIZAR CON: Investigación documental El encapsulado correspondiente a doble línea y la disposición de pines se muestra en las siguientes figuras: Competencia de calidad. Conocer las normas aplicables a la representación de los circuitos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 231 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES lógicos. • que tú como profesional técnico Investiga en puedas textos correctamente. especializados o en las fuentes disponibles en la Internet en qué • en información complementaria, quién las establece y para qué explica sirven los comentarios sobre la importancia manejar los comercialmente para identificar búsqueda e incluye también tus de significan la nomenclatura que se utiliza presentes los resultados de tu utilidad qué distintos elementos incluidos en Elabora una nota en la que y Por ello, y con base en tus conocimientos y -si lo requieres consisten las normas IEEE/ANSI, • interpretarlos circuitos para almacenamiento de información estas más usados. normas en el campo profesional. • Realización del ejercicio Confirma con tus compañeros, con los propios vendedores de estos productos o en alguna otra fuente, • Interpretar la nomenclatura utilizada en circuitos comerciales para almacenamiento de datos Es lógico nombres suponer de los que tu interpretación haya sido correcta. Competencia lógica. • que Si persisten dudas, consúltalas con el PSP o con algún otro especialista los dispositivos tecnológicos que se encuentran en el mercado traen aparejada información útil para el usuario. En este sentido, es conveniente • La Memoria Sólo de Lectura Reprogramable (EPROM) - Funcionamiento y Características Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 232 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Las EPROM, o Memorias sólo de Lectura Reprogramables, mediante se impulsos programan eléctricos y su contenido se borra exponiéndolas a la luz ultravioleta (de ahí la ventanita que suelen incorporar este tipo de circuitos), de manera tal que estos rayos atraen los elementos fotosensibles, modificando su estado. Celda de memoria de una EPROM Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la Vista de la Ventanita de una EPROM La memoria EPROM, se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. En la figura se observa el transistor funcionando como celda de memoria en una EPROM. compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lógico. Este dato queda almacenado permanente, sin de forma necesidad de mantener la tensión en la compuerta ya que la carga eléctrica en la compuerta puede permanecer por un período aproximado de 10 años. Las EPROMs también emplean transistores de puerta dual o FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) de cargas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 233 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES almacenadas. Estos transistores son vez hecha la nueva programación, la similares a los transistores de efecto de EPROM puede instalarse de nuevo y se campo (FETs) canal-P, pero tienen dos volverá compuertas. La compuerta interior o flotante está completamente rodeada por una capa aislante de dióxido de silicio; la compuerta superior o compuerta de control es la que está efectivamente conectada a la circuitería externa. las EPROM’s conviene apuntar qué son memorias de acceso aleatorio, generalmente leídas y eventualmente borradas y reescritas. información pertinente, se instala en el sistema en que será utilizado como dispositivo de lectura solamente. Eventualmente, y ante la necesidad de alguna modificación en la información contenida o bien para ser utilizada en otra aplicación, la EPROM puede retirarse del sistema para borrarla mediante su exposición a luz ultravioleta con una longitud de onda de 2537 longitud como una memoria de sólo de lectura. Es conveniente aclarar que una EPROM no puede ser borrada parcial o selectivamente; de ahí que por más pequeña que modificación fuese a la eventual realizar en su Angstroms borrar y reprogramar en su totalidad. Los tiempos medios de borrado de una EPROM, por exposición a la luz ultravioleta, oscilan entre 10 y 30 minutos. Una vez grabada una EPROM con la realizar comportar contenido, inevitablemente se deberá Para complementar la explicación de las a (unidad de A = 10-10 m), y después programarse con los nuevos datos. Una Con el advenimiento de las nuevas tecnologías circuitos la fabricación integrados, se de pueden emplear métodos eléctricos de borrado que permiten hacerlo sin necesidad de extraerlas de la tarjeta del circuito. Las memorias de sólo lectura presentan un esquema de direccionamiento similar al de las memorias RAM. El microprocesador no puede cambiar el contenido de la memoria ROM. - Circuito Comercial Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento para 234 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES La siguiente figura muestra el símbolo proviene de las siglas en inglés construyen con puede Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas capacidad de almacenar un total de transistores de tecnología MOS (Metal lógico de una EPROM típica fabricada en tecnología CMOS. Como verse en la figura, el dispositivo está en 2048 palabras de 8 bits cada una. Sus salidas, una por cada bit de la palabra, son triestado lo que se representa en los pequeños triángulos en el diagrama. El dispositivo opera a partir de una fuente de 5V, el positivo de la cual se conecta a los pines Vcc, pin 24, y al de programación, pin 21. memorias se Oxide Silice) y MNOS (Metal NitrideOxide Silicon). Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM , y la diferencia básica con aquéllas es la capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible. Las memorias EEPROM son memorias no-volátiles y eléctricamente borrables a nivel de bytes. La posibilidad de programar y borrar las memorias a nivel de bit’s supone una gran flexibilidad, pero también una celda de memoria más compleja. Además del transistor de puerta flotante anterior, es preciso un segundo transistor de selección. El tener 2 transistores por celda hace que las memorias EEPROM • La memoria EEPROM - Funcionamiento y Características La memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre sean de baja densidad y mayor coste. La programación requiere de tiempos que oscilan entre 157 μ s y 625 μ s=bit. Frente a las memorias EPROM, EEPROM’s Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento ofrecen la ventaja las de 235 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES permitir su borrado y programación en placa, aunque tienen mayor coste debido a sus dos transistores por celda. En cuanto a la organización y asignación de patillas, estas memorias se presentan como la UVPROM cuando están organizadas en palabras de 8 bits. En cuanto a la forma de referenciar los circuitos, estas memorias suelen comenzar con el prefijo 28, de forma Se programan de forma casi idéntica que borradas cuanto a patillaje y modo de operación pero tienen la posibilidad de eléctricamente. ser Esta característica permite que puedan ser programadas y borradas “en el circuito”. tipo de memorias es más complicada que sus equivalentes en EPROM o PROM y por consiguiente, bastante más cara-, en el mercado no se dispone de una variedad muy amplia y es habitual que para conseguirla haya que 2864 indica una memoria EEPROM de 64Kbytes, equivalente en de lectura a la UVPROM 2764. Una ventaja adicional de este tipo de memorias radica en que no necesitan Debido a que la celda elemental de este la recurrir a fabricantes especializados; por ejemplo, a Xicor. 24LC256 de una alta tensión de grabado porque los 5 voltios alimentación de la habitual tensión sirven de para hacerlo. - Circuito Comercial Una de las memorias de este tipo es la memoria EEPROM - 28C64A que tiene una capacidad de 8K X 8 (64 KB). En la figura que aparece a continuación se representa la disposición de los pines de esta memoria; este tipo de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 236 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES memoria se encuentra disponible en dos tipos de encapsulado: DIL yPLCC. Características Técnicas Referencia 28C64A Tipo EEPROM CMOS Capacidad Competencia de información Identifica las principales aplicaciones de las memorias tipo RAM, ROM, PROM, EPROM y EEPROM • Tomando en cuenta que conocer las (bits) aplicaciones de los dispositivos tecnológicos es una 8192 X 8 forma de entender también la Tipo de salida forma 5V en que viceversa, Tiempos de sería complementar Acceso conocimientos 120/150/200 muy y y útil tus sobre características ns operan, las forma de operación de los distintos tipos Encapsulado de DIL-28 y memoria general PLCC-32 con sobre una el visión tipo de aplicaciones prácticas que tiene cada una de ellas. EEPROM 28C64A CONTEXTUALIZAR CON: Redacción de trabajo • Investiga en textos o revistas especializados, o en las fuentes disponibles en principales aplicaciones cuáles son la algunas Internet, de las que tienen las memorias RAM, ROM, Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 237 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES PROM, EPROM y EEPROM. • EEPROM Elabora un cuadro en el que concentres la • información nombres obtenida y analízala. • forma memoria en que para opera la conseguir para organizar acumulativamente las de de características de estas formas Elabora una breve explicación de la Aprovecha el significado de los almacenamiento información los objetivos en cada aplicación y agrégala al reporte con los resultados de la búsqueda que hiciste. 2.4.2 EL CONVERTIDOR DIGITALANALÓGICO Estudio individual • El Convertidor DAC de Escalera R/2R teórica Esta versión, conocida como de red en Competencia científico- escalera, sólo requiere dos valores de resistencias, Describir las principales diferencias entre las memorias para el almacenamiento de datos de sólo lectura. • Repasa los contenidos por lo cual su implementación es muy sencilla. que revisaste sobre el tema y elabora un esquema que te permita estudiar las RAM.ROM, PROM. características las principales memorias EPROM y Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 238 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Como ya se mencionó, en el sistema binario, el bit más significativo es el de mayor peso, o importancia; el bit que le sigue, hacia la derecha, posee la mitad de sucesivamente. este peso y así En la siguiente figura se muestra un diagrama circuital simplificado que ilustra el principio de funcionamiento de un convertidor D/A. Puesto que el amplificador operacional funciona realimentado, el voltaje en el punto A es cero, por ser una tierra virtual. Por tanto, la corriente por cada una de las • La resistencias Funcionamiento operación de es inversamente proporcional a sus respectivos valores. los convertidores digital/analógico, o DACs (Digital to Analog Converters) es muy sencilla. básicamente sumador, convirtiendo como una resistencia R/2 será el doble de la corriente por la resistencia R y así Un convertidor de digital a analógico funciona Esto significa que la corriente por la un palabra sucesivamente. Por esto, el bit de más peso, b5, en este caso, aporta la mayor cantidad de corriente. digital a un voltaje análogo equivalente sumando todos los unos de la palabra digital, pero asignándoles un peso de acuerdo a su posición dentro de la palabra. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 239 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Las corrientes que fluyen por las seis resistencias también lo hacen por la resistencia de realimentación, Rf; por ello, la magnitud del voltaje a la salida del amplificador es igual al producto de la corriente total la suma de todas las corrientes por el valor de esta resistencia. A pesar de que este circuito es con frecuencia debido a que requiere varias Circuito Comercial Los convertidores de la serie DAC0800 fabricados por National Semiconductor son convertidores DAC de 8 bits y de velocidades elevadas, lo que les permite tiempos de estabilización de conceptualmente sencillo, no se utiliza de • resistencias de valores diferentes cada una, las cuales deben cumplir con requisitos estrictos de precisión para garantizar la exactitud en la operación del convertidor. su salida de 100 ns. La salida del dispositivo es una fuente de corriente, así que debe ser convertida a voltaje, utilizando una simple resistencia, o un convertidor activo de corriente amplificadores a voltaje operacionales. con En la figura se muestra la manera típica de conexión de este dispositivo. Es importante convertidor observar tiene dos que salidas este de corriente balanceadas, lo que permite Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 240 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES generar voltajes diferenciales a su El circuito que se representa en la figura salida. Como se muestra en la siguiente figura, también es posible utilizar de la siguiente página corresponde a un convertidor flash de 3 bits. únicamente una de las fuentes de Para entender su funcionamiento, corriente a la salida. supóngase que el voltaje de referencia, Vref. es igual a 8V y que el voltaje de entrada que se desea convertir es de 5.5 V. Debido a la red de divisores de tensión implementada por las 8 resistencias de valor R, la entrada positiva al comparador superior es de 7V, la del siguiente comparador hacia abajo es de 6V y así sucesivamente. Si el voltaje de entrada que se aplica por 2.4.3 LOS CONVERTIDORES ADC igual a todas las entradas negativas de Convertidores tipo FLASH entonces los 5 comparadores inferiores • los 7 comparadores es de 5.5V, presentarán niveles bajos a sus salidas, - Funcionamiento mientras que en los dos superiores los Los convertidores Flash son los más niveles de salida serán altos. Es así complejos será interpretada como la de más alta veloces, pero y también costosos. los Se más utilizan ampliamente en osciloscopios digitales entonces que la entrada al 74LS148 prioridad. donde las velocidades de conversión son extremadamente altas. Uno de tales convertidores para “n” bits requiere de 2n-1 comparadores, pero la conversión se lleva a cabo en un solo ciclo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 241 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Este convertidor, además de requerir un número componentes muy reducido externos para de su funcionamiento, ofrece internamente la función de muestreo y retención. Sus salidas son triestado y opera a partir de fuentes de voltaje de 3V, lo que le permite funcionar con consumos de potencia muy bajos (40 mW). En su fabricación se emplea tecnología CMOS y se ofrece en encapsulados TS-SOP de 20 pines. En la figura siguiente se muestra la configuración de pines del convertidor y un diagrama esquemático en el que se le muestra conectado para convertir señales - Circuito Comercial El ADC08351 es un de una fuente de baja impedancia. convertidor “FLASH” de muy alta velocidad y sus aplicaciones están relacionadas con la digitalización de video, cámaras fotográficas digitales, comunicaciones, imágenes médicas y otras, donde son necesarias velocidades de conversión bastante altas. El ADC08351, con capacidad para 42 MSPS (Mega Samples Per Second: Millones de muestras por segundo) y con una resolución de 8 bits es una buena alternativa. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 242 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES La técnica de aproximaciones sucesivas es una de las de más amplio uso para la fabricación de convertidores A/D. Su tiempo de conversión es inferior al de las otras modalidades de convertidores, y, además, es constante, independientemente de la magnitud del dato a convertir. En la figura siguiente se muestra el diagrama de bloques que representa en forma muy simplificada el principio de funcionamiento de un convertidor de 4 bits. Obsérvese el circuito de desacoplo del reloj y las precauciones en el suministro de voltaje para desacoplar la entrada de potencia análoga y la digital. La inductancia FE es en núcleo de ferrita y se utiliza para evitar que debido a la velocidad de operación tan elevada el ruido de la sección digital se filtre hacia la parte analógica. • Convertidores A/D tipo Aproximaciones Sucesivas - Funcionamiento Para ponerlo en operación, además de los elementos de control los cuales no se muestran en el diagrama se requiere un registro Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento de aproximaciones 243 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES sucesivas (SAR), un DAC y un uno de los dispositivos más populares; comparador. el ADC0804. Al iniciar un ciclo de conversión, el En control del dispositivo comienza por continuación bit la imagen que se aparece muestra a la más configuración de pines del ADC0804, significativo del SAR. La salida del DAC el cual es un CI CMOS de 20 pines que se compara con el voltaje de entrada a realiza voltaje de entrada, el 1 lógico se Algunas de sus características más aplicar un 1 lógico al ser convertido: si ésta es mayor que el elimina y en su lugar se pone un 0. Por conversión A/D usando el método de aproximaciones sucesivas. importantes son las siguientes: el contrario, si la comparación indica que la salida del DAC es menor que el voltaje de entrada, el 1 lógico en la posición más significativa se deja. Cumplida esta fase, el control procede ahora a colocar un 1 en el siguiente bit más significativo y a repetir el procedimiento descrito. Un convertidor de 8 bits, por tanto, solo requerirá de 8 ciclos cómo estos para completar una conversión. ¾ Tiene dos entradas analógicas, - Circuito Comercial VENT(+) y VENT(-), que permiten Los ADC’s los comercializan varios tener entradas diferenciales. En fabricantes de CI y cuentan con un otras analógica real, rasgos de operación. Para tener una diferencia en amplio rango de características y idea de lo que en realidad se usa en aplicaciones de sistemas se analizará la VENT, los entrada es la voltajes aplicados a estos pines (VENT analógico=VENT[+] — VENT [—]). En mediciones en un solo punto, Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento palabras, 244 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES la entrada analógica se aplica a reloj de 606 kHz el tiempo de VENT (+), en tanto que conversión VENT(—) está conectada a tierra analógica. Durante la operación normal, el convertidor usa Vcc=+5 V como voltaje cíe (bajo voltaje) referencia y la entrada analógica puede variar de 0 a 5 V a límite de escala. ¾ Convierte el voltaje analógico de entrada a una salida digital de ocho bits. Las salidas digitales tienen búferes de triestado, de modo que se pueden conectar con facilidad en una configuración de bus de datos. Con ocho bits, la resolución es 5 V/255 - 19-6 mV. ¾ Tiene un es de aproximadamente 100ns. • Convertidores A/D tipo Rampa Binaria - Funcionamiento En una de las versiones más simples del ADC de rampa, se usa un contador binario como registro y se permite que el reloj incremente el contador un escalón a la vez hasta VAX > VA. Se denomina ADC de rampa digital porque la forma de onda en VAX es una especie de rampa escalón por escalón. También se denomina ADC tipo contador. En el siguiente esquema se ilustra el diagrama de una ADC de circuito interno rampa digital. generador de reloj que produce una frecuencia f=l/(l.lRc), donde R y C componentes son valores de conectados externamente. Una frecuencia de reloj común es 606 kHz usando R=0k y C= 150 pF. Si se desea se puede usar una señal de reloj externa conectándola al pin CLK IN. Si se usa una frecuencia de Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 245 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES La figura que aparece enseguida permite complementar la explicación. Como puede observarse en ella, el convertidor contiene un contador, un − A medida que el contador avanza, la salida del DAC, VAX. se incrementa un escalón a la vez. DAC, un comparador analógico y una compuerta AND de control. La salida del contador sirve como la señal activa en BAJO de fin de conversión FDC. Si se supone que VA el voltaje analógico que será convertido es positivo, operación sería la siguiente: la − Se aplica un pulso de INICIO para − Esto continúa hasta que VAX restablecer el contador a 0. El alcanza un escalón que excede inhibe el escalón de los pulsos mayor que VT (comúnmente de hacia el contador. FDC pasará a BAJO e inhibirá el estado ALTO de INICIO también de reloj por la compuerta AND − Con ceros en su entrada, la salida del DAC será VAX = 0 V, − Como VA > VAX, la salida del comparador, FDC, será ALTA. − Cuando INICIO retorna a BAJO, la compuerta AND se habilita y los pulsos de reloj pasan hacia el contador. VA en una cantidad igual o 10 a 100 /uV). En este punto. flujo de pulsos hacia el contador y entonces éste dejará de contar. − Ahora el proceso de conversión está completo de acuerdo con lo señalado mediante la transición de ALTO a BAJO en FDC y el contenido del contador es la representación de VA. − El contador mantendrá el valor digital hasta que el siguiente pulso de INICIO comience una nueva conversión. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 246 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES - Circuito Comercial − Necesita Uno de los convertidores de rampa binaria comerciales y de común aplicación es el HI 5703 fabricado por Intersil. Se trata de un convertidor monolítico analógico/digital de 10 bits está diseñado para aplicaciones de grandes velocidades y de bajo consumo de potencia. Tiene una frecuencia de muestreo de 40 Mb/s. Esta frecuencia de muestreo se ha logrado con una arquitectura completamente diferencial con circuitos internos de Simple & Hold. Los latches de salida de datos permiten tener la información de una señal analógica de entrada con tan solo una sola fuente de voltaje − Interface TTL compatible − Salidas digitales de 3.3 Volts Algunas de sus aplicaciones importantes son: − Digitalización de video profesional − Diagnóstico médico − Sistemas comunicación − Adquisición digitales de datos de a alta velocidad siete ciclos de reloj. En la siguiente figura se muestra la Algunas características importantes y HI5703. de mayor relevancia para este ADC se disposición de pines para el ADC enlistan a continuación. − Velocidad de muestreo: 40 MSPS − Bajo consumo de potencia − Gran ancho de banda de entrada − Incluye un chip de sample & hold Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 247 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES En el esquema enseguida alambrado se para que aparece ejemplifica una el aplicación típica. CONTEXTUALIZAR CON: Redacción de trabajo Competencia tecnológica Identificar las tendencias en el desarrollo de los convertidores A/D y D/A • Revisa nuevamente la sección de este manual que se dedicó a revisar los analógico-digital convertidores y digital- analógico y saca tus propias Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 248 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES conclusiones sobre la importancia que tienen este tipo de dispositivos en el mundo contemporáneo. • Investiga en textos especializados, en centros de documentación tecnológica del o área en fuentes disponibles en la Internet, ¿qué limitaciones presentan actualmente este dispositivos?¿ tipo Cómo de están evolucionando y por qué? ¿qué características tendrán a futuro y para qué? • Elabora un trabajo escrito en el que presentes los resultados de tu investigación y analízalos • Revisa las conclusiones que habías planteado el iniciar esta actividad y actualízalas con base en las respuestas que diste a las interrogantes plantearon trabajo. para que se te realizar este Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 249 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES PRÁCTICAS DE EJERCICIOS Y LISTAS DE COTEJO DEL CAPÍTULO 2 Unidad de aprendizaje 2 Práctica número: 8 Nombre de la práctica: Operación de elementos biestables (Latches). Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica, el alumno operará diferentes circuitos de memoria Escenario Taller Duración 3h básicos implementados con compuertas (Latches). Materiales Cl 74LS32 (OR) • Maquinaria y Equipo • CI 74LS02 (NOR) • CI LS08 (AND) • CI 74LS00 (NAND) • • • 4 Resistores de 330 • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas pelacable alimentación DC de 5 V/1 CI 74LS04 (NOT) • • • Herramienta Una fuente de Un multímetro. • Unas pinzas de corte. Un protoboard. Ohm Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 250 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 251 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Desarrollo 1. Consulta en tu manual de reemplazos ECG la configuración de pines de todos y cada uno de los CI´s. 2. Una vez que has investigado la configuración de pines, arma el circuito de la figura 1. Este es un circuito biestable formado por dos inversores interconectados con realimentación. Los otros dos inversores conectados en cascada cumplen el propósito de proveer aislamiento entre la carga (led) y el arreglo biestable. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 252 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo 3. Energiza el circuito y verifica el estado de los dos leds a la salida del biestable. 4. Lleva a cabo la tarea de encender y apagar la fuente de voltaje observando que el estado inicial de los leds es aleatorio (al azar) pero que mientras no se apague la fuente el circuito mantendrá el estado de salida sin variación alguna. 5. Explica el funcionamiento del biestable de acuerdo a lo observado LACTH SET” 6. Arma el circuito de la Figura 2 en protoboard, realiza el "Análisis de Estados" visto en clase para obtener su tabla de verdad. NOTA: el switch S1 puede ser un alambre conectado a tierra. Nuevamente en este circuito el elemento responsable de almacenar la información es la primera de las compuertas OR. La otra se coloca con el fin de suministrar el aislamiento necesario para que el led no perturbe el funcionamiento del LATCH. 7. Acciona el "interruptor" S1 para introducir diferentes estados lógicos (0 ó 1) a la entrada del LATCH 8. Observa lo que sucede cuando la salida queda en nivel alto y accionamos nuevamente el Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 253 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo switch S1. 9. Explica lo ocurrido en el punto anterior. 10. Anota el tipo de LATCH que es el circuito anterior. 11. Explica por qué es de este tipo. LATCH SR” 12. Arma el circuito de la figura 3. Este es un cerrojo o Latch RS para el cual se verificarán los estados lógicos a la salida 13. Lleva los dos interruptores S1 y S2 a su posición cerrada, con lo cual las entradas a las compuertas se harán ambas cero. 14. Energiza el sistema y toma nota de su estado utilizando el led como indicador. 15. Explica el estado de la salida cuando ambos switches se encuentran en cero 16. Acciona el interruptor S1, llevándolo a su posición abierta, activando así la entrada S (set poner en 1) del cerrojo y forzando la salida del mismo a 1. 17. Explica cómo ocurre lo anterior 18. Regrese el interruptor S1 a su posición cerrada, dejando nuevamente al cerrojo en estado de reposo. 19. Repite el procedimiento indicado en el paso 4 pero ahora con e! interruptor S2 20. Anota lo que sucede cuando se realiza el procedimiento anterior 21. Regresa S1 a su posición original cerrado, colocando el sistema en reposo nuevamente. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 254 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo 22. Ensaya ahora la activación o apertura simultánea de ambos interruptores 23. Anota lo que pasa cuando se lleva a cabo una activación de este tipo 24. Elabora la tabla de verdad correspondiente al Latch SR de acuerdo con las observaciones realizadas durante el desarrollo de la actividad 25. Anota las conclusiones que consideres más relevantes 26. Presenta tus conclusiones y discútelas en el grupo 27. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 28. Limpia tu área de trabajo 29. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 30. Guarda los manuales de fabricante utilizados 31. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 255 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 8: Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9 aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Si No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Consultó en el Manual de Reemplazos ECG la configuración de pines de todos los CI’s 2. Armó el circuito de la figura 1 3. Energizó el circuito y verificó el estado de los led’s a la salida del biestable 4. Llevó a cabo el encendido y apagado de la fuente de voltaje e hizo las observaciones requeridas 5. Explicó el funcionamiento del biestable de acuerdo con sus observaciones 6. Armó el circuito que se muestra en la figura 2 en protoboard, realizó el “análisis de correspondiente estados” y elaboró la Tabla de Verdad” 7. Accionó el interruptor S1 para introducir diferentes estados lógicos (0 ó1) a la entrada del Latch 8. Observó lo que ocurría cuando la salida queda en nivel alto y nuevamente se acciona el switch S1 9. Explicó lo ocurrido en el punto anterior Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 256 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Si No No aplica 10. Respondió por escrito qué tipo de Latch es el del circuito anterior 11. Explicó por qué lo clasificó de esa manera 12. Armó el circuito que aparece en la figura 3. 13. Llevó los idos interruptores S1 y S2 a su posición cerrada para que las entradas se colocaran en cero. 14. Energizó el sistema y tomó nota de su estado, utilizando como indicador al Led 15. Explicó el estado de la salida cuando ambos switches se encuentran en cero 16. Accionó el interruptor S1, llevándolo a su posición abierta para activar así la entrada S del cerrojo y forzar su salida en 1 17. Explicó el punto anterior 18. Regresó el interruptor S1 a su posición cerrada, dejando nuevamente el cerrojo en estado de reposo 19. Repitió el procedimiento indicado pero ahora con el interruptor S2 20. Anotó lo que ocurre cuando se realiza el procedimiento anterior 21. Regresó S1 a su posición original cerrado, colocando al sistema nuevamente en reposo 22. Ensayó la activación o apertura simultánea de ambos interruptores 23. Anotó lo que ocurre cuando se lleva a cabo una activación de este tipo 24. Elaboró la Tabla de Verdad correspondiente al Latch SR de acuerdo con las observaciones 25. Anotó las conclusiones más relevantes 26. Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo 27. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 28. Limpió su área de trabajo 29. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 30. Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó 31. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el que incluyó también la descripción de los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones de la práctica Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 257 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 258 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 2 Práctica número: 9 Nombre de la práctica: Operación de contadores MSI Propósito de la Práctica AL finalizar la práctica, el alumno operará elementos contadores Escenario Taller Duración 4h implementados en MSI, observando la concordancia de operación con lo que se especifica en manuales de fabricantes. Materiales • • • • • Cl 74LS193 • 2 interruptor SPTS Un resistor de 10K 10 resistores de 330 • • Herramienta UnA fuente de • Unas pinzas de punta. A. • Unas pinzas pelacable alimentación DC de 5 V/1 4 pulsadores NA Ohm • Maquinaria y Equipo Un multímetro. • Unas pinzas de corte. Un protoboard. Manual ECG de reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 259 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 260 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Procedimiento 1. Consulta en tu manual de reemplazos ECG la configuración de pines de todos y cada uno de los CI´s. 2. Una vez que has investigado la configuración de pines, arma el circuito de la figura 1. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 261 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 3. Lleva todos los interruptores a su posición cerrada y energiza el circuito. 4. Prefija en los interruptores de datos, SA – SD, el número 0111 (710). 5. Carga este dato en el contador pulsando momentáneamente el interruptor de carga SL. 6. Observa las líneas de salida del contador. 7. Explica qué es lo que ves después de hacer estos movimientos. 8. Decrementa el contador accionando repetidamente el interruptor SP 9. Anota cuántos pulsos de SP son necesarios para que el contador llegue a cero. 10. Anota las posibles diferencias en el conteo decreciente. 11. Ensaya a prefijar diferentes valores en el contador 12. Anota, en cada caso, lo que sucede. 13. Anota las conclusiones que consideres más relevantes Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 262 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 14. Presenta tus conclusiones y discútelas en grupo. 15. Desarma el circuito según las normas de seguridad aplicables 16. Limpia tu área de trabajo 17. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 18. Guarda los manuales de fabricante utilizados 19. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el que incluyas la descripción de los procedimientos realizados, y las observaciones y las conclusiones de la práctica. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 263 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 9: Operación de contadores MSI Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Si No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Consultó en el Manual de Reemplazos ECG la configuración de todos y cada uno de los CI’s 2. Armó el circuito de la figura 1 3. Llevó todos los interruptores a su posición cerrada y energizó el circuito 4. Prefijó en los interruptores de datos SA-SD, el número 0111(710) 5. Cargó en el contador el dato anterior pulsando momentáneamente el interruptor de carga SL 6. Observó las líneas de salida del contador 7. Explicó por qué ocurren los cambios que registró en sus observaciones 8. Decrementó el contador accionando repetidamente el interruptor SP 9. Anotó cuántos pulsos de SP fueron necesarios para que el contador llegara a cero 10. Anotó las posibles diferencias en el conteo decreciente 11. Ensayó a prefijar diferentes valores en el contador 12. Anotó lo que sucedió al realizar la actividad anterior Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 264 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Si No No aplica 13. Anotó las conclusiones más relevantes 14. Presentó sus conclusiones y las discutió en el grupo 15. Desarmó el circuito según las normas de seguridad aplicables 16. Limpió su área de trabajo 17. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 18. Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó 19. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control en el que incluyó la descripción de los procedimientos realizados, y las observaciones y las conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 265 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 2 Práctica número: 10 Nombre de la práctica: Operación de registros de corrimiento como Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno manejará circuitos de corrimiento para Escenario Taller Duración 3h retardadores de datos retardar la información en circuitos de control de tiempos. Materiales • 2 CI 74LS74 • 2 led • Un resistor de 1K Ω • 2 resistor de 330 Ω • Manual ECG de Maquinaria y Equipo • Una fuente de alimentación DC de 5 V/1 A. • Un multímetro. • Un protoboard. Herramienta • Unas pinzas de punta. • Unas pinzas de corte. • Unas pinzas pelacable reemplazos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 266 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 267 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Procedimiento 1. Arma, en protoboard, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los manuales del fabricante. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 268 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 2. Verifica todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 3. Energiza el circuito con al fuente de 5V con la debida precaución 4. Anota el estado inicial de tu sistema (sin señal de reloj) 5. Alimenta la entrada del reloj donde corresponde. Nota: el reloj deberá tener una frecuencia de 40 pulsos por minuto. 6. Manda un cero lógico a la entrada IN cerrando el switch 1. 7. Observa las salidas QA y QD (deberán ser cero) 8. Anota tus observaciones 9. Ingresa un 1 lógico abriendo el switch S1 10. Observa la salida QA (deberá ser uno con el primer pulso de reloj) 11. Observa ahora la salida QD 12. Anota el número de pulsos de reloj necesarios para que “aparezca” el uno que ingresaste en el punto 9. 13. Explica el funcionamiento del retardador de datos a tus compañeros de equipo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 269 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 14. Anota tus conclusiones del funcionamiento del circuito 15. Discute tus conclusiones con tus compañeros de grupo 16. Desarma los circuitos según las normas de seguridad aplicables 17. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 18. Guarda los manuales de fabricante utilizados 19. Limpia tu área de trabajo 20. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento incluyendo los 270 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 10: Operación de registros de corrimiento como retardadores de datos Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Sí No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Armó en protoboard el circuito de la figura 1 con el apoyo de los Manuales del Fabricante 2. Verificó todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 3. Energizó el circuito con la fuente de 5 V con la precaución debida 4. Anotó el estado inicial de su sistema (sin señal de reloj) 5. Alimentó correctamente la entrada del reloj 6. Mandó un cero lógico a la entrada IN cerrando el switch 1 7. Verificó que las salidas QA y QD estuvieran en cero 8. Anotó sus observaciones sobre los resultados de las manipulaciones anteriores 9. Ingresó un 1 lógico abriendo el switch S1 10. Verificó que la salida QA fuera 1 con el primer pulso de reloj 11. Observó lo que ocurre con la salida QD 12. Anotó el número de pulsos necesarios para que apareciera el 1 que ingresó al abrir el switch S1 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 271 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Sí No No aplica 13. Explicó el funcionamiento del retardador de datos a sus compañeros de equipo 14. Anotó sus conclusiones sobre el funcionamiento del circuito 15. Discutió sus conclusiones con sus compañeros de grupo 16. Desarmó los circuitos de acuerdo con las normas de seguridad aplicables 17. Guardó los dispositivos, materiales y equipos que utilizó 18. Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó 19. Limpió su área de trabajo 20. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control en el que incluyó una descripción de los procedimientos realizados, así como las observaciones y conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 272 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Unidad de aprendizaje 2 Práctica número: 11 Nombre de la práctica: Operación de un convertidor D/A en circuitos de Propósito de la Práctica Al finalizar la práctica el alumno identificará los principios de operación de Escenario Taller Duración 3h control un convertidor D/A como elemento de acondicionamiento de señal en un sistema electrónico de control Materiales • Un Tablero de Lógica Avanzada. • Un Tablero de Lógica Maquinaria y Equipo • • Un Multímetro Digital Manual ECG. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento • Una Fuente de 5 V cd Básica. • Herramienta 20 Puntas con mini conector. • Una pinza de punta • Una pinza de corte 273 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento ­Aplicar las medidas de seguridad e higiene vigentes en el aula o taller a través del desarrollo de la práctica. ­Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Aplicar las en la práctica • Colocar los desechos en los recipientes correspondientes separando en orgánicos e inorgánicos • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. 9 EL PSP organizará al grupo en equipos de 3 alumnos con un máximo de 6 participantes 9 EL PSP hará hincapié en los procedimientos de importancia en la práctica 9 El PSP realizará de manera adicional a la conducción la supervisión de las actividades de la práctica. 9 EL PSP realizará la corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución. 9 Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, recomendaciones del fabricante. los errores más frecuentes que se suelen cometer, las • Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos. • Identificar los dispositivos y circuitos de control a utilizar Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 274 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES • Tener listos los manuales de dispositivos y circuitos Procedimiento 1. Utiliza tu tablero de lógica avanzada y alambra, el circuito de la Figura 1 que se muestra utilizando los conectores correspondientes Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 275 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 2. Verifica todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 3. Gira el potenciómetro del reloj variable completamente en el sentido horario, y el s). 4. Ajusta el período de barrido horizontal del osciloscopio a 0,1 milisegundos y la sensibilidad vertical a 0,01 volt (10 mV.). La pantalla debe ser acoplada a la ca para estos pasos del procedimiento; si empleas una punta de prueba de pantalla ajustable, colócala en la posición X1. Asegúrese que el gancho de tierra está conectado a GND. 5. Enciende la alimentación del circuito y observa la forma de la onda en el osciloscopio. 6. Describe la forma de la onda y explica. 7. Determina cuál es la resolución o el tamaño de cuantificación del convertidor D/A. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 276 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Procedimiento 8. Identifica cuántos “pasos” existen en la forma de onda total. 9. Explica por qué la señal de escalera tiene el número de pasos observado en el punto8 10. Elabora conclusiones respecto al funcionamiento de un convertidor D/A 11. Discute tus conclusiones con tus compañeros de grupo tus conclusiones 12. Desarma los circuitos de conformidad con las normas de seguridad aplicables 13. Guarda los dispositivos, materiales y equipos utilizados 14. Guarda los manuales de fabricante utilizados 15. Limpia tu área de trabajo 16. Elabora un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el cual incluyó una descripción de los procedimientos realizados, así como conclusiones de la práctica. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento las observaciones y las 277 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Lista de cotejo de la práctica número 11: Operación de un convertidor D/A en circuitos de control Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una 9aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño. Desarrollo Si No No aplica + Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica + Utilizó la ropa y el equipo de trabajo 1. Utilizó su tablero de lógica avanzada para alarmar con los conectores correspondientes el circuito de la figura 1 2. Verificó todas y cada una de las conexiones del circuito antes de energizar 3. Giró el potenciómetro del reloj sentido horario (rápido) variable completamente en el y interruptor FAST-SLOW (rápido-lento) a FAST 4. Ajustó el período de barrido horizontal del osciloscopio a 0,1 milisegundos y la sensibilidad vertical a 0,01 Volt (10 mV). En caso de haber usado una punta de prueba de pantalla grande, la colocó en la posición XI y se aseguró que el gancho de tierra estuviera conectado a GND 5. Encendió la alimentación del circuito y observó en el osciloscopio cómo es forma de la onda que se produjo 6. Describió y explicó la forma de onda registrada durante la actividad anterior Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 278 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Desarrollo Si No No aplica 7. Determinó cuál es la resolución o el tamaño de cuantificación del convertidor D/A 8. Identifica cuántos “pasos” existen en la forma de onda total 9. Explica por qué la señal de escalera tiene el número de pasos observados en la actividad referida en el numeral 8.. 10. Elaboró conclusiones respecto al funcionamiento de un convertidor D/A 11. Discutió sus conclusiones con sus compañeros de grupo 12. Desarmó los circuitos de conformidad con las normas de seguridad aplicables 13. Guardó los dispositivos, materiales y equipos utilizados 14. Guardó los Manuales del Fabricante que utilizó 15. Limpió su área de trabajo 16. Elaboró un reporte individual del análisis de los dispositivos de control, en el cual incluyó una descripción de los procedimientos realizados, así como las observaciones y conclusiones de la práctica Observaciones: PSP: Hora de inicio: Hora de término: Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Evaluación: 279 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES RESUMEN DEL CAPÍTULO 2 Este capítulo estuvo centrado en el Los latches son la base para los análisis de los circuitos secuenciales; circuitos secuenciales ya que, si a un es decir, de circuitos que incorporan la circuito de cerrojo le agregamos una variable tiempo. Para que un circuito señal de habilitación conocida como variable, denominado báscula o Flip-flop. secuencial pueda es manejar dicha indispensable que incorporen un nuevo bloque: el bloque de memoria. reloj se genera un nuevo dispositivo Este nuevo dispositivo -denominado Flip-flop- es un elemento de memoria El bloque de memoria afecta la salida que de un circuito, de manera que las responde a una señal de reloj. En este salidas no sólo dependerán del estado sentido, se le considera como un presente de las entradas sino también dispositivo síncrono, es decir, que su almacenadas en el bloque de memoria momento en que reciba la señal de Los circuitos o elementos básicos de Con base en los dispositivos de tiempo memoria se pueden de las entradas anteriores que han sido en diferentes momentos. que mencionado integran el anteriormente denominados bloque son biestables. los Estos depende estado de osciladores que que lo complementarios general entre sí. Se son les ya cambiar que en el fabricar, por ejemplo, y circuitos de temporización, los cuales pueden ser programados por salida tiempo, reloj. circuitos deben su nombre al hecho de que sólo pueden adoptar dos estados del para emplearse en dispositivos de control más complejos se industriales. utilizan en entornos conoce como latches o cerrojos. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 280 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Uno de los circuitos temporizadores Los contadores pueden implementarse comúnmente la de manera síncrona o asíncrona. En el actualidad es el denominado LM 555, primer caso, se trata de circuitos en los dispositivo de disparo o bien como de tiempo responden a un mismo señal de reloj en circuitos secuenciales. asíncronos, los elementos de tiempo el cual utilizados puede en funcionar como dispositivo oscilador aplicado como cuales todos los elementos o circuitos pulso de reloj; mientras que en los no responden a un mismo pulso de Como se mencionó a lo largo del reloj sino que, las etapas finales tienen capítulo, existe una variedad de Flip- como señal de reloj las salidas de las flop´s; entre ellos cabe mencionar a etapas anteriores. los FF JK, a los FF D y a los FF SR. Las Como aplicaciones de los FF son múltiples y son la base para diseñar circuitos secuenciales Una de las aplicaciones más los denominados registros de corrimiento juegan un o desplazamiento papel central en que la transmisión de datos, tanto en forma serial como en paralelo. Los contadores circuitos son otro ampliamente tipo de utilizados debido a que permiten diseñar u poner en operación un gran número de procesos y sistemas de control tanto en el dijo elementos anteriormente, biestables los son los elementos básicos de memoria que si se integran a gran escala generan otro importantes de los circuitos de tiempo son se medio industrial como en tipo de dispositivos: las memorias. Las memorias pueden ser de varios tipos. Es importante diferenciar las han sido programadas durante su manufactura, de aquéllas que aunque hayas sido programadas previamente, ofrecen la posibilidad de grabar nueva información. El primer tipo de memorias se conocen como memorias ROM (Read Only Memory) o bien memorias de sólo lectura; las del segundo tipo se denominan memorias RAM (Random entornos ámbito domésticos. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 281 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Acces Memory) o también memorias de Con acceso aleatorio. capítulo el presente Manual y concluye Estas memorias pueden encontrarse el Módulo. en distinta Como en el caso del primer capítulo, es nomenclatura comercial y ofrecen la recomendable que si tienes dudas posibilidad sobre algunos de los conceptos o el mercado de con que el usuario las programe de acuerdo con necesidades específicas. este tema cierra el segundo algoritmos que se revisaron a lo largo del Manual, lo revises nuevamente con Por último, se analizó también el papel de los conversores Analógico-Digital y Digital-Analógico para atender las necesidades de conversión de datos en más detenimiento y consultes con otros compañeros, otros especialistas y, por supuesto con el PSP, para que te asegures de conseguir la comprensión sistemas electrónicos industriales. En cabal de todos los temas y de esa permiten profesional a futuro. este sentido, que los convertidores señales analógicas forma sustentes también tu solvencia difíciles de manipular en determinados procesos, se conviertan al lenguaje digital y puedan manejarse de manera más fácil. Hay distintos tipos de convertidores; entre ellos están los conversores tipo Flash –utilizados para hacer conversiones de alta velocidad, los convertidores tipo aproximaciones sucesivas y, los conversores de rampa binaria o rampa digital. A nivel comercial están disponibles distintos tipos de convertidores, pero destacan los de la serie ADC 8000. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 282 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 2 1. ¿En qué consiste un diagrama de bloques? 2. ¿Qué es un diagrama de transición? 3. ¿Qué es un Latch? 4. ¿A qué se denomina Tabla de Excitación”? 5. Menciona qué tipo de latch’s Set-Reset pueden implementarse 6. ¿Para qué sirven los diagramas de tiempos? 7. ¿Para qué sirven los circuitos de tiempo? 8. ¿Qué diferencia a un temporizador astable de un monoestable? 9. ¿Cuál es la ecuación que describe un circuito estructurado en modo astable? 10. ¿Cuál es la ecuación que describe un circuito estructurado en modo monastable? 11. ¿Por qué no es necesario analizar detalladamente la FF sincronizados por pulsos de reloj para usarlos? circuitería interna de los 12. Dibuja el símbolo y la tabla de verdad correspondiente para un Flip-flop D sincronizado por reloj que dispara en una transición positiva del mismo. 13. ¿En qué consisten los registros de corrimiento? 14. ¿Cómo se clasifican los registros de corrimientos? 15. Menciona al dos de los circuitos para el registro de corrimientos que se encuentren disponibles en el mercado: 16. ¿Qué es un contador y qué tipos de contadores hay? 17. ¿Qué es una memoria ROM? 18. ¿En qué consiste una memoria PROM? Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 283 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 19. ¿Qué caracteriza a una memoria tipo EPROM? 20. ¿A qué se denomina memoria tipo EEPROM? 21. ¿Qué tipos de convertidores existen? Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 284 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACION DE CONOCIMIENTOS DEL CAPÍTULO 2 1. Un diagrama de bloques puede definirse como una representación compuesta de bloques, o de bloques funcionales, que enlazan las variables del sistema 2. Es un diagrama que se utiliza para analizar los circuitos secuenciales porque permite representar las transiciones que sufre un FF. latch es un elemento biestable, es decir, es un elemento que tiene la capacidad mínima de memoria porque almacena bit de información. 3. Un 4. La Tabla de Excitación es la tabla en la que se muestre qué entradas hay que introducir en el biestable para gobernar sus transiciones entre estados. 5. Los Latchs D pueden implementarse como Latch Set-Reset con NAND o Latch Set-Reset con NOR 6. Para describir el comportamiento de un circuito, es decir, para determinar el estado hacia el cual se dirigen, considerando elementos del pasado y del presente. 7. Los circuitos de tiempo son útiles para control de eventos en sistemas digitales, o bien como divisores de frecuencia en diversas aplicaciones e incluso como sistemas de control de disparo. 8. La diferencia entre un circuito temporizador astable y uno monastable consiste en que el primero funciona con un oscilador o reloj, mientras que el segundo lo hace con un solo pulso. 9. f = 144/((RA + 2RB)C) Donde: f es la frecuencia de la señal generada Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 285 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES RA es el valor de resistencia para variar la frecuencia C es el valor del capacitor para variar la frecuencia 10. Para el modo Monoastable, la ecuación que describe la duración del pulso es: Tw = 1.1RAC Donde, Tw = la duración del pulso A= el valor de resistencia C= el valor del capacitor 11. La circuitería interna de un FF sincronizado por pulsos de reloj no requiere un análisis detallado porque todos los tipos de FF están fácilmente disponibles en forma de circuitos integrados. 12. Los dibujos para el símbolo y la tabla de verdad correspondiente para un Flip- flop sincronizado por reloj que dispara en una transición positiva del mismo aparecen enseguida: 13. A los dispositivos digitales que permiten llevar a cabo el almacenamiento temporal de los datos para manipularlos y modificarlos antes de que se envíen a otra localizacion similar se les conoce como registros de corrimiento o registros de desplazamiento. Están constituidos por un grupo de FF conectados de tal manera que cada uno transfiere su bit de información al siguiente FF más significativo del registro en presencia de un pulso adecuado del reloj. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 286 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES 14. Los registros de corrimiento se clasifican de acuerdo en la forma en que ingresan los datos y el tipo de salida que presentan como: ¾ Entrada en paralelo-salida en paralelo ¾ Entrada serial-salida serial ¾ Entrada en paralelo-salida serial ¾ Entrada serial-salida en paralelo 15. Los circuitos disponibles en el mercado para registro de corrimientos incluyen los siguientes: El registro SN 7496, El registro de corrimiento SN74165, El circuito SN74179, El registro de corrimiento SN74194 16. Los contadores son circuitos de propósito específico construidos a partir de Flip-flop´s y diseñados especialmente para las tareas de conteo de eventos en un sistema digital. Un contador puede ser binario, BCD, Ascendente/Descendente y, de Módulo N. En cualquiera de estos tipos puede ser síncrono o asíncrono. 17. Una memoria ROM es una se trata de memorias en que las que los datos almacenados sólo pueden ser leídos, tienen la ventaja de no perder su información cuando se les retira el voltaje de polarización. 18. La memoria PROM también es una memoria digital pero se caracteriza porque el valor de cada bit depende del estado de un fusible que puede ser quemado una sola vez. Esto significa que en este tipo memoria los datos pueden ser escritos una sola vez a través del programador PROM. 19. Una memoria EPROM, o Memoria Sólo de Lectura Re-programable, se programan mediante impulsos eléctricos y su contenido puede borrarse mediante exposición a la luz ultravioleta. Una limitante de este tipo de memorias es que la memoria no puede borrarse parcialmente ni de manera Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 287 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES selectiva; de ahí que por más pequeña que fuese la eventual modificación a realizar en su contenido, inevitablemente se deberá borrar y reprogramar en su totalidad. EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de las siglas en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. 20. La memoria 21. Los convertidores pueden dividirse en dos grandes grupos: que convierten de digital a analógico(DAC) y los que lo hacen a la inversa(ADC). Los convertidores pueden ser, entre otros, de rampa o escalera; los de tipo “flash”, los de “aproximaciones sucesivas” y los de “Rampa binaria”. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 288 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBNC Campo de aplicación Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que describe el conjunto de circunstancias laborales posibles en las que una persona debe ser capaz de demostrar dominio sobre el elemento de competencia. Es decir, el campo de aplicación describe el ambiente laboral donde el individuo aplica el elemento de competencia y ofrece indicadores para juzgar que las demostraciones del desempeño son suficientes para validarlo. Competencia laboral Aptitud de un individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresados en el saber, el hacer y el saber-hacer. Criterio de desempeño Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que se refiere al conjunto de atributos que deberán presentar tanto los resultados obtenidos, como el desempeño mismo de un elemento de competencia; es decir, el cómo y el qué se espera del desempeño. Los criterios de desempeño se asocian a los elementos de competencia. Son una descripción de los requisitos de calidad para el resultado obtenido en el desempeño laboral; permiten establecer si se alcanza o no el resultado descrito en el elemento de competencia. Elemento de Es por la descripción de la realización que debe ser lograda Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 289 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES competencia una persona en al ámbito de su ocupación. Se refiere a una acción, un comportamiento o un resultado que se debe demostrar por lo tanto es una función realizada por un individuo. La desagregación de funciones realizada a lo largo del proceso de análisis funcional usualmente no sobrepasa de cuatro a cinco niveles. Evidencia de Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia conocimiento Laboral que hace referencia al conocimiento y comprensión necesarios para lograr el desempeño competente. Puede referirse a los conocimientos teóricos y de principios de base científica que el alumno y el trabajador deben dominar, así como a sus habilidades cognitivas en relación con el elemento de competencia al que pertenecen. Evidencia por producto Hacen referencia a los objetos que pueden usarse como prueba de que la persona realizó lo establecido en la Norma Técnica de Competencia Laboral. Las evidencias por producto son pruebas reales, observables y tangibles de las consecuencias del desempeño. Evidencia por Parte constitutiva de una Norma Técnica de desempeño Competencia Laboral, que hace referencia a una serie de resultados y/o productos, requeridos por el criterio de desempeño y delimitados por el campo de aplicación, que permite probar y evaluar la competencia del trabajador. Cabe hacer notar que en este apartado se incluirán las manifestaciones que correspondan a las denominadas habilidades sociales del trabajador. Son descripciones sobre Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 290 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES variables o condiciones cuyo estado permite inferir que el desempeño fue efectivamente logrado. Las evidencias directas tienen que ver con la técnica utilizada en el ejercicio de una competencia y se verifican mediante la observación. La evidencia por desempeño se refiere a las situaciones que pueden usarse como pruebas de que el individuo cumple con los requerimientos de la Norma Técnicas de Competencia Laboral. Evidencia de actitud Las Normas Técnicas de Competencia Laboral incluyen también la referencia a las actitudes subyacentes en el desempeño evaluado. Formación ocupacional Proceso por medio del cual se construye un desarrollo individual referido a un grupo común de competencias para el desempeño relevante de diversas ocupaciones en el medio laboral. Módulo ocupacional Unidad autónoma integrada por unidades de aprendizaje con la finalidad de combinar diversos propósitos y experiencias de aprendizaje en una secuencia integral de manera que cada una de ellas se complementa hasta lograr el dominio y desarrollo de una función productiva. Norma Técnica de Documento Competencia Laboral con base en las cuales se espera sea desempeñada una especificaciones en el que se registran las función productiva. Cada Norma Técnica de Competencia Laboral esta constituida por unidades y elementos de competencia, criterios de desempeño, campo de aplicación y evidencias de desempeño y conocimiento. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 291 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBCC Competencias contextualizadas Metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo hace significativo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 292 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Competencias Se definen como la aptitud del individuo para desempeñar Laborales una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresadas en el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber estar. Competencias básicas Son las que identifican el saber y el saber hacer en los contextos científico teórico, tecnológico, analítico y lógico. Competencias Estas hacen referencia a los procesos cognitivos internos Analíticas necesarios para simbolizar, representar ideas, imágenes, conceptos u otras abstracciones. Dotan al alumno de habilidades para inferir, predecir e interpretar resultados. Competencias Son las que le confieren a los alumnos habilidades para la Científico – Teóricas conceptualización de principios, leyes y teorías, para la comprensión y aplicación a procesos productivos; y propician la transferencia del conocimiento. Competencias Lógicas Se refieren a las habilidades de razonamiento que le permiten analizar la validez de teorías, principios y argumentos, así mismo, le facilitan la comunicación oral y escrita. Estas habilidades del pensamiento le permiten pasar del sentido común a la lógica propia de las ciencias. En estas competencias se encuentra también el manejo de los idiomas. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 293 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 294 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Competencias Hacen referencia a las habilidades, destrezas y Tecnológicas conocimientos para la comprensión de las tecnologías en un sentido amplio, que permite desarrollar la capacidad de adaptación en un mundo de continuos cambios tecnológicos. Competencias clave Son las que identifican el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber hacer; en los contextos de información, ambiental, de calidad, emprendedor y para la vida. Competencias para la sustentabilidad Se refieren a la aplicación de conceptos, principios y procedimientos relacionados con el medio ambiente, para el desarrollo autosustentable. Competencias de Se refieren a la aplicación de conceptos y herramientas de Calidad las teorías de calidad total y de aseguramiento de la Competencias Son aquellas que se asocian al desarrollo de la creatividad, Emprendedoras calidad, y su relación con el ser humano. fomento del autoempleo y fortalecimiento de la capacidad de autogestoría. Competencias de información Se refieren a las habilidades para la búsqueda y utilización de diversas fuentes de información, y capacidad de uso de la informática y las telecomunicaciones. Competencias para la Competencias referidas al desarrollo de habilidades y actitudes sustentadas en los valores éticos y sociales. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 295 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES vida Permiten fomentar la responsabilidad individual, la colaboración, el pensamiento crítico y propositivo y la convivencia armónica en sociedad. Contextualización Puede ser entendida como la forma en que, al darse el proceso de aprendizaje, el sujeto establece una relación activa del conocimiento y sus habilidades sobre el objeto desde un contexto científico, tecnológico, social, cultural e histórico que le permite hacer significativo su aprendizaje, es decir, el sujeto aprende durante la interacción social, haciendo del conocimiento un acto individual y social. Esta contextualización de las competencias le permite al educando establecer una relación entre lo que aprende y su realidad, reconstruyéndola. Matriz de competencias Describe las competencias laborales, básicas y claves que se contextualizan como parte de la metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo hace significativo. Matriz de Presenta de manera concentrada, las estrategias sugeridas contextualización a realizar a lo largo del módulo para la contextualización de las competencias básicas y claves con lo cual, al desarrollarse el proceso de aprendizaje, se promueve que el sujeto establezca una relación activa del conocimiento sobre el objeto desde situaciones científicas, tecnológicas, laborales, culturales, políticas, sociales y económicas. Módulo autocontenido Es una estructura integral multidisciplinaria y autosuficiente de actividades de enseñanza-aprendizaje, que permite Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 296 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES alcanzar objetivos educacionales a través de la interacción del alumno con el objeto de conocimiento. Módulos autocontenidos Están diseñados para atender la formación vocacional genérica en un área disciplinaria que agrupa varias carreras. transversales Módulos Están diseñados para atender la formación vocacional y autocontenidos disciplinaria en una carrera específica. específicos Módulos Están diseñados con la finalidad de atender las necesidades autocontenidos regionales de la formación vocacional. optativos A través de ellos también es posible que el alumno tenga la posibilidad de cursar un módulo de otra especialidad que le sea compatible y acreditarlo como un módulo optativo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 297 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Módulos integradores Conforman una estructura ecléctica que proporciona los conocimientos disciplinarios científicos, humanísticos y sociales orientados a alcanzar las competencias de formación genérica. Apoyan el proceso de integrac ión de la formación vocacional u ocupacional, proporcionando a los alumnos los conocimientos científicos, humanísticos y sociales de carácter básico y propedéutico, que los formen para la vida en el nivel de educación media superior, y los preparen para tener la opción de cursar estudios en el nivel de educación superior. Con ello, se avala la formación de bachiller, de naturaleza especializada y relacionada con su formación profesional. Unidades de aprendizaje Especifican los contenidos a enseñar, proponen estrategias tanto para la enseñanza como para el aprendizaje y la contextualización, así como los recursos necesarios para apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje y finalmente el tiempo requerido para su desarrollo. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 298 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS Asíncrono Que no tiene un intervalo de tiempo constante entre cada evento Bit Dígito binario, es decir, integrado a partir de dos valores: 1 ó 0 Bus Conjunto de líneas conductoras de hardware utilizadas para la transmisión de datos entre los componentes de un sistema informático Circuito digital Un circuito digital se construye con circuitos integrados y cuenta con diferentes componentes electrónicos que interconectados forman los circuitos requeridos. Circuito integrado Un circuito integrado es un pastilla o chip en la que se encuentran todos o casi todos los componentes electrónicos necesarios para realizar alguna función. Estos componentes son transistores en su mayoría, aunque también contienen resistencias, diodos, condensadores, etc. Código ASCII El código ASCII (acrónimo inglés de American Standard Code for Information Interchange) en español significa Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información. Es un código de caracteres basado en el alfabeto latino; utiliza 7 bits para representar los caracteres Código BDC Código decimal codificado en binario Compuerta Es un circuito lógico cuya operación puede ser definida por una función del álgebra booleana Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 299 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Compuerta lógica Dispositivo que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip. Display Arreglo de leds dispuestos de tal forma que en ellos pueden visualizarse los números arábigos MSI Identificación para los circuitos integrados de escala media: hasta 200 compuertas FF o Flip-flop Circuitos lógicos encargados de almacenar la información de la memoria Forma POS Expresión lógica que se presenta bajo la forma de producto de Forma SOP Expresión lógica que se presenta bajo la forma de suma de sumas productos Glitch Falla de menor cuantía en el hardware o el software que no causa una interrupción. Latch Un latch es un circuito electrónico usado para almacenar información en sisemas lógicos asíncronos. Un latch puede almacenar un bit de información Led Diodo Emisor de Luz. Generalmente se los utiliza en equipos electrónicos para controlar visualmente su estado de funcionamiento. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 300 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES Mapas K Un mapa de Karnaugh, al que también se conoce como tabla de Karnaugh o Mapa K es un diagrama que se utiliza para lograr la minimización de funciones algebraicas booleanas. El mapa de Karnaugh fue inventado en 1950 por Maurice Karnaugh Síncrono Término asociable a distintos dispositivos y procesos. En sistemas multiprocesador representa la sincronización o accionamiento simultaneo de varios componentes como la memoria principal y la CPU. Tecnología TTL Acrónimo Inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo Vpp La señal Vpp está diseñada para proveer el voltaje necesario que se requiere para habilitar escrituras en la memoria no volátil Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 301 PT-Bachiller Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES REFERENCIAS DOCUMENTALES • J. R. Cogdell; Fundamentos de Circuitos Eléctricos; Prentice Hall, Pearson Educación; México, 2000. • Timothy J. Maloney; Electrónica Industrial Moderna, 3ª. Ed; Prentice Hall, Pearson Educación; México, 1999. • Floyd, Thomas. L.; Dispositivos electrónicos, Volúmenes, I, II, III, 1ª. Ed., México, Limusa - Conalep 1993. • Grob, Bernard. Electrónica Básica, México, Editorial Mc. Graw-Hill 1999. • Hubsche, Klave, Pfluger y Appelt. Electrotecnia. 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Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento 303
