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EIE 446 – SISTEMAS DIGITALES Tema I – Introducción y conceptos básicosProfesor Dr. : Guillermo Fernández Segovia

18/04/23 IEE 352 - Sistemas Digitales 2

Introducción Sistemas analógicos y digitales Sistema binario Formas de ondas digitales Puertas lógicas básicas Circuitos integrados Instrumentos de medición


Introducción

Termino “digital” deriva de la operación de contar dígitos


Introducción

Termino “digital” deriva de la operación de contar dígitos Operaciones de computadores


Introducción


Diversas aplicaciones que utilizan circuitos digitales


Introducción



La tecnología digital ha avanzado hasta la integración de millones de transistores en un circuito


Introducción



La tecnología digital ha avanzado hasta la integración de millones de transistores en un circuito

Presentación electrónica digital, conceptos básicos, componentes y herramientas para su aplicación


Sistemas analógicos y digitales

Señal analógica: variación continua




Señal digital: variación discreta (por puntos)




Señal digital: variación discreta (por puntos) Ventajas sobre analógico:

Datos procesados y transmitidos de forma más fiable

Almacenamiento de manera más compacta

Menos efecto del ruido



Sistema analógico



Mezcla sistema análogo y sistema digital

DAC: Digital-to-Analog-Converter


Sistema binario

Sistema numeración: conjunto de símbolos capaces de representar cantidades numéricas


Sistema binario

Sistema numeración: conjunto de símbolos capaces de representar cantidades numéricas Base sistema de numeración: cantidad de símbolos distintos que se

utilizan para representar las cantidades


Sistema binario



Cada símbolo recibe el nombre de dígitoSistema decimal (base 10) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Sistema binario (base 2) 0, 1

Sistema octal (base 8) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Sistema hexadecimal (base 16) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F


Sistema binario






Sistema hexadecimal (base 16) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Ejemplo: representar numero 34b10 en base 2


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)

4/2 = 2 (sobra 0)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)

4/2 = 2 (sobra 0)

2/2 = 1 (sobra 0)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)

4/2 = 2 (sobra 0)

2/2 = 1 (sobra 0)

1/2 = no es entero(resto 1)


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0)

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)

4/2 = 2 (sobra 0)

2/2 = 1 (sobra 0)

1/2 = no es entero


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0) 34b10 = 100010 b2

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0)

4/2 = 2 (sobra 0)

2/2 = 1 (sobra 0)

1/2 = no es entero


Sistema binario







34/2 =17 (sobra 0) 34b10 = 100010b2

17/2 = 8 (sobra 1)

8/2 = 4 (sobra 0) 1x25+0x24+0x23+0x22+1x21+0x20

4/2 = 2 (sobra 0)

2/2 = 1 (sobra 0)

1/2 = no es entero


Sistema binario

Circuitos de dos estados: se representan por niveles de voltaje ALTO y BAJO Representan números en el sistema binario

único número que se denomina bit (binary digit) un bit puede tener un valor 0 o 1 (ALTO o BAJO)


Formas de ondas digitales

Las formas de onda digitales cambian entre los niveles BAJO y ALTO Un impulso (también llamado “pulso”) positivo: va desde su nivel BAJO

hasta su nivel ALTO, y retorna al nivel BAJO

Una señal digital esta compuesta por una serie de impulsos

Impulso positivo Impulso negativo



Las formas de onda digitales cambian entre los niveles BAJO y ALTO Un impulso (también llamado “pulso”) positivo: va desde su nivel BAJO

hasta su nivel ALTO, y retorna al nivel BAJO

Una señal digital esta compuesta por una serie de impulsos

Impulso positivo Impulso negativo



Tren de impulsos (periódico)




T1=T

2=T

3=...T

n=T=Periodo (s)

Frecuencia=1/T (Hz)




T1=T

2=T

3=...T

n=T=Periodo (s)

Frecuencia=1/T (Hz) Ciclo de trabajo (duty cycle) = t

w/T x100%

Ejemplo tren de impulsos periódico: reloj



Reloj: las señales están sincronizadas con una señal de temporización básica (reloj).



Reloj: las señales están sincronizadas con una señal de temporización básica (reloj). Es una señal periódica en la que el período es igual a la duración de un

bit.



Reloj: las señales están sincronizadas con una señal de temporización básica (reloj). Es una señal periódica en la que el período es igual a la duración de un

bit.

Diagramas de tiempo (cronogramas): relación temporal real entre dos o más señales, y cómo varía cada señal en relación con las demás.



Transmisión de datos: serie o paralelo

Computer Modem

1 0 1 1 0 0 1 0

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Computer Printer

0

t0 t1

1

0

0

1

1

0

1


Puertas lógicas básicas

Álgebra de Boole: constituye la base matemática para construir los sistemas digitales



Álgebra de Boole: constituye la base matemática para construir los sistemas digitales estructura algebraica que relaciona las operaciones

lógicas O (OR), Y (AND), NO (NOT)

George Boole(1815-1864)





Puerta lógica: pequeño circuito digital integrado cuyo funcionamiento se adapta al álgebra de Boole

George Boole(1815-1864)OR: Salida “Verdadera” sólo si una o más entradas

son verdaderas







son verdaderas

AND: Salida “Verdadera” sólo si todas las entradas son verdaderas







son verdaderas

AND: Salida “Verdadera” sólo si todas las entradas son verdaderas

NOT: Salida opuesta a la entrada



Tabla de verdad: representación gráfica los valores que puedetomar la función lógica para cada una de las posibles combinaciones de las variables de entrada. Columnas: variables de la función

Filas: combinaciones binarias





a b s

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1





a b s

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

a b s

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1





a b s

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

a b s

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

a s

0 1

1 0





a b s

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

a b s

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

a s

0 1

1 0

Los operadores AND, OR, y NOT se pueden combinar para formar funciones lógicas más complejas. e.g. comparación, aritmética, conversión de códigos, codificación, decodificación, etc...


Circuitos integrados

Una de las metas de los fabricantes: aumentar el número de componentes básicos que pueden integrarse en una sola pastilla Componente básicos: puertas lógicas

Tecnología de fabricación: TTL y CMOS.

Cada chip o circuito integrado tiene una hoja de características (datasheet) que facilita el fabricante

Plasticcase

Pins

Chip

Sección de un encapsulado DIP (Dual-In-line Pins)



Cada tipo de puerta tiene su integrado del tipo 74xx (TTL) Tensión de alimentación (Vcc): 5 voltios

Temperatura de trabajo: de 0 a 70 ºC

“xx” indica el tipo de puerta






NOT (7404)






NOT (7404) OR (7432)






NOT (7404) OR (7432) AND (7408)


Instrumentos de medición

Sonda lógica: comprobar el nivel lógico existente en la entrada o en un circuito digital




Inyector lógico: introduce tren de pulsos




Inyector lógico: introduce tren de pulsos Analizador lógico: recoge los datos de un circuito digital ylos muestra en una pantalla

muestra cronogramas

puede mostrar señales de múltiples canales

se emplea frecuentemente para detectar errores

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