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Electrónica Digital I

(ED21)

Sesión: 1

Ing. José C. Benítez P.

Introducción a la Electrónica Digital

Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 2

Sesión 1. Temas

Introducción a la Electrónica Digital� Sistemas digitales y analógicos.

� Niveles lógicos.

� Representación de circuitos Digitales.

� Características de pulsos.

� Transmisión paralela y serial.

� Memoria.

Sistemas Digitales y Analógicos

Mundo analógico

� El mundo es analógico, esencialmente.

� El hombre tiene la necesidad de

manipular, almacenar, recuperar y

transportar la información.

� La electrónica analógica trata con

señales análogas a las que hay en el

mundo real, modificando sus

características (Amplificándola,

Atenuándola, Filtrándola…).

Ejemplo: Tratamiento señal analógica

Los problemas de los sistemas analógicos son:

1. La información está relacionada a la forma de la onda.

Si esta se degrada, se pierde información.

2. Cada tipo de señal analógica necesita de circuitos

electrónicos particulares

� No es lo mismo un sistema electrónico para audio que

para vídeo, puesto que las señales tienen

características completamente diferentes.

� En las señales analógicas, la información se encuentra

en la forma de la onda.

Mundo digital

� Cualquier señal se puede representar mediante

números (dígitos), y con estos números se puede

reconstruir la señal original.

� La electrónica digital es la que trabaja con señales

digitales, es decir con números.

� Son los números los que se manipulan, almacenan,

recuperan y transportan.

Ejemplo: Tratamiento señal digital

Ventajas de los circuitos digitales

� Reproducibilidad de los resultados (misma entrada misma salida),

� Facilidad de diseño (“diseño lógico”),

� Flexibilidad,

� Funcionalidad,

� Programabilidad,

� Velocidad ¿?,

� Economía,

� Fácil integración con nuevos avances tecnológicos.

Desventajas de los circuitos digitales

� Tiempo de respuesta.

Magnitud analógica

� Es aquélla que puede tomar cualquier valor real dentro

de un margen determinado de forma continua e infinita.

� Ejemplos:

� La temperatura en la habitación:

---x----x----------------------x------ T

20 21.5 30

� La velocidad de un carro: 72,3 Km/h.

� La estatura de una persona: 1,83 m.

� La cantidad de lluvia precipitada: 13,2 l/m2.

� El ritmo cardiaco

Magnitud digital

� Es aquélla que sólo puede tomar un valor dentro

de un conjunto finito de valores preestablecidos.

� Ejemplos:

� El día de la semana (LUNES, MARTES, …)

� Los meses del año (ENERO, FEBRERO, ...

DICIEMBRE).

� Magnitud digital binaria (magnitud binaria) es

aquélla que sólo puede tomar un valor dentro de

un conjunto de 2 valores posibles.

Magnitud binaria

� Toda la electrónica digital se basa en magnitudes

digitales binarias.

� Se trabaja con los dos estados de una magnitud

binaria, representados habitualmente como 0 y 1,

o físicamente representados por dos niveles de

tensión distintos (pueden ser 0 V y 5 V) ¿?.

¿Por qué 2 niveles y no más?

� Tecnológicamente es muy fácil fabricar

dispositivos que presenten dos estados bien

diferenciados.

� Existe una herramienta matemática muy sencilla

y adecuada para representar y procesar la

información binaria: la lógica y la aritmética

binaria.

Niveles lógicos

Tensiones eléctricas y valores lógicos binarios

• Los NL son las tensiones eléctricas que manejan las

compuertas lógicas.

• En la lógica digital se manejan dos niveles que son ALTO

(HIGH) y BAJO (LOW), de manera ideal.

• Pero existen niveles de voltaje en los cuales es difícil

determinar si es un 1 (HIGH) o un 0 (LOW), (niveles de

indeterminación).

Niveles lógicos

•En los CI TTL la tensión de polarización característica se halla

comprendida entre los 4,75V y los 5,25V (muy estrecho).

•Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión

comprendida entre 0.2V y 0.8V para el estado L (bajo) y los

2.4V y Vcc para el estado H (alto).

•Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se

transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión

(no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).

Circuitos Integrados Digitales

¿Qué son los CID?

� Un CID es una pastilla muy

delgada en la que se encuentra

una enorme cantidad (del orden

de miles o millones) de

dispositivos microelectrónicos

interconectados.

� ¿Que dispositivos DM?

Principalmente diodos y

transistores, además de

componentes pasivos como

resistencias o condensadores.

¿Qué son los CID?

� Algunos de los CID más avanzados

son los microprocesadores, que

son usados en múltiples

artefactos, desde computadoras

hasta electrodomésticos, pasando

por los teléfonos móviles.

� Otra familia importante de CID la

constituyen las memorias

digitales.

Características:

Características de transferencia:

� Dado un circuito con un puerto de entrada y otro de salida,

la característica de transferencia consiste en representar

gráficamente la tensión de salida Vo en función de la

tensión de entrada Vi cuando ésta toma todos los valores

de su rango de variación.

� Dicho rango de variación coincide normalmente con el valor

de tensión Vcc de la fuente de alimentación del circuito.

� A partir de esta característica se deducen los rangos de

tensión correspondientes a los valores de 0 y 1 lógicos.

Característica de transferencia:

Características:

Características de entrada-salida:

� El número de entradas que puede tener una puerta lógica no

es indefinido, está limitado por un número máximo.

� A ese número máximo se le llama FAN-IN de la puerta.

� En algunos circuitos, a la salida de una puerta deben

conectarse varias entradas de otras puertas.

� El número de entradas que pueden conectarse a una misma

salida está limitada por un número máximo denominado

FAN-OUT.

� El fan-out debe calcularse siempre conectando puertas

pertenecientes a una misma familia lógica..

Característica de entrada-salida:

Características:

Características de entrada-salida:

� El número de entradas que puede tener una puerta lógica no

es indefinido, está limitado por un número máximo.

� A ese número máximo se le llama FAN-IN de la puerta.

� En algunos circuitos, a la salida de una puerta deben

conectarse varias entradas de otras puertas.

� El número de entradas que pueden conectarse a una misma

salida está limitada por un número máximo denominado

FAN-OUT.

� El fan-out debe calcularse siempre conectando puertas

pertenecientes a una misma familia lógica..

Pulsos digitales

Pulso:

� Un pulso es una señal que realiza una transición de un estado

al otro y regresa al estado inicial después de cierto tiempo.

� Si los cambios se producen en forma continua entonces

recibe el nombre de tren de pulsos. Al instante en que la

señal pasa de NA a NB se le conoce como flanco de bajada

y al caso contrario ( NB a NA ) como flanco de subida.

Pulso activo en alto

Flanco de

bajada NA NA

Pulso activo en bajo

Pulsos digitales

Generadores de pulsos:

� A los dispositivos generadores de pulsos se le llama

multivibradores.

� Existen cuatro tipos:

� Los semi-monoestables o multivibradores de flancos,

� los monoestables o one-shot,

� los astables o relojes y

� los osciladores controlados por voltaje.

Pulsos digitales

Características de los pulsos:

� Debido a que los dispositivos digitales reales no cambian

de estado en tiempo igual a cero, se hace imposible

obtener señales lógicas ideales.

� Los pulsos tienen en realidad la siguiente forma:

Donde:

tS → tiempo de subida

tb → tiempo de bajada

Pulsos digitales

Características de los pulsos:

� Frecuencia (f): Indica la cantidad de veces que se repite la

onda básica en la unidad de tiempo.

� Periodo (T): Es el tiempo que dura un ciclo de la onda.

� Ciclo útil (D): Se expresa en porcentaje y es la relación entre

el ancho del pulso y el periodo.

� Amplitud (V): Es el valor de voltaje que toma la onda en NA.

D = Ancho de pulso

T 100∗

Transmisión serial y paralela:

Transmisión paralelo:

• Todos los bits de un bloque se transmiten simultáneamente,

existiendo luego un tiempo antes de la transmisión del

siguiente bloque.

• Tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas

cuando la distancia es muy corta.

• La principal ventaja de este modo de transmitir datos es la

velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo.

• También puede llegar a considerarse una transmisión en

paralelo, aunque se realice sobre una sola línea, al caso de

multiplexación de datos, donde los diferentes datos se

encuentran intercalados durante la transmisión.

Transmisión serial y paralela:

Transmisión serie:

• Los n bits que componen un bloque se transmiten uno detrás

de otro por la misma línea.

• A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten

a datos en serie, se transmiten y luego en el receptor tiene

lugar el proceso inverso, obteniéndose los datos en paralelo.

• La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso

creciente y generalmente el último bit es de paridad.

• Un aspecto fundamental es el sincronismo, que es

procedimiento mediante el cual transmisor y receptor

reconocen los ceros y unos de los bits de igual forma.

• El sincronismo puede tenerse a nivel de bit, de byte o de

bloque; en cada caso se identifica el inicio y fin de los mismos.

Memoria

Objetivo fundamental

• Almacenar datos

• Realizar transformaciones sencillas:

• Desplazar

• Contar

Memoria

Componentes de memorización:

•Registros.

•Contadores.

•Bancos de registros.

•Memorias.

Sesión 1. Introducción a la Electrónica Digital

Electrónica Digital I

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