Sistemas Digitales I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y

ELECTRONICA

SISTEMAS DIGITALES I

1.Introducción a los Sistemas Digitales.2.Sistemas de Numeración y Códigos.3.Principios de Diseño de Lógica

Combinacional.4.Familias Lógicas.5.Circuitos Aritméticos y Lógicos para el

manejo de datos.6.Principios de Diseño de Lógica Secuencial.7.Registros, Contadores, Memorias y PLD’s.

TEMARIO:

2Sistemas Digitales I

Bibliografía:1. “Diseño Digital-Principios y Practicas” John Wakerly.2. “Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales” Nelson-

Nagle-Carroll-Irwin.3. “Lógica Digital y Diseño de Computadoras” Morris Mano.4. “Sistemas Digitales-Principios y Aplicaciones” Ronald Tocci.5. “Fundamentos de Sistemas Digitales” Thomas Floyd.6. “Introducción al Diseño Lógico Digital” John P. Hayes.7. “Conmutación y Diseño Lógico” Hill-Peterson.8. “Diseño de Sistemas Digitales-un enfoque Integrado” John

Uyemura.9. “Sistemas Digitales” Enrique Mandado.

3Sistemas Digitales I

Sistemas Digitales I 4

Representaciones AnalógicasLas señales analógicas o señales continuas en amplitud son las que varían en función del tiempo, adquiriendo valores dentro de un intervalo continuo. Representaciones Digitales.Varían entre valores discretos.Las señales digitales son discretas en el tiempo y en amplitud. Son utilizadas en los sistemas modernos de telecomunicaciones ya que son eficientes y efectivas

El mundo digital y el mundo analógico

4Sistemas Digitales I

Sistemas Digitales I 5

Ventajas de la digitalización

Sistema Fáciles de Diseñar.Fácil de Almacenar.Mayor Exactitud por representación.Programación de Operaciones. Disminución de Efectos de Ruido.Desarrollo de Circuitos Integrados.

Sistemas Digitales I 6

Análogo - Digital - AnálogoConversión de señales análogas a digitales.

ADC ProcesamientoDigital DCA

Sistemas Digitales I 7

Conversión Analógica Digital - ADC

Cuantizacion

¿COMO TRABAJA LA VOZ SOBRE IP?

• Captura• Codificación• Compresión• Transmisión• Descompresión• Decodificación• Reproducción

8Sistemas Digitales I

Aplicaciones Digitales DSP(1960-1970s) DSP limitado a: radar y sonar,

medicina y exploración del espacio. (1980-1990s) La revolución de la

microelectrónica causó un gran crecimiento en las aplicaciones de los DSPs.

9Sistemas Digitales I

Aplicaciones de DSPProcesamiento de Imágenes Reconocimiento de Patrones Visión Robótica http://cavr.korea.ac.kr/Aplicaciones Militares Comunicaciones seguras Procesamiento de radar Guía de misilesInstrumentación y control Reducción de ruido Análisis espectralProcesamiento de Audio Reconocimiento de voz Síntesis de vozMedicina Monitoreo de pacientes Procesamiento de señales ECG, EEG, imágenes

10Sistemas Digitales I

SISTEMAS DE NUMERACION Y CODIGOS

11Sistemas Digitales I

Sistema de Numeración y Códigos

- Sistema binario- Sistema Octal- Sistema Hexadecimal- Código BCD- Código Gray- Códigos alfanuméricos - Códigos correctores y detectores de

error

12Sistemas Digitales I

Sistema Binario Sistema numérico mas optimo para los

sistemas digitales. Funciona con dos Niveles 0 y 1.(Dos

estados). Opera en Base 2. Equivalencia según la operación.

13Sistemas Digitales I

Conteo Binario0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 00107 01118 10009 1001

10 1010

Representaciones Binarias

102551256182

8

10713212

BitsASCII

n

14Sistemas Digitales I

Cantidades Binarias (Digitales)

Dispositivos con dos estados de OperaciónInterruptor. ON/OFFCintas Lectoras

8 bits = 1 byte (octeto) unidad básica de memoria

16, 32, 64 bits = 1 palabra de 16, 32, 64 bits bytes = 1,024 bytes = 1 KB (kilobyte) bytes = 1,048,576 bytes = 1,024 KB =

1 MB bytes = 1,073,741,824 bytes = 1 GB

1 0 1 1 0 0 1

210

220

230

15Sistemas Digitales I

Circuitos Digitales TTL Niveles Lógicos TTL (Lógica de Transistor

a Transistor)

1

0

16Sistemas Digitales I

Tensión de alimentación: +5V continuos

El valor nominal de la tensión de alimentación continua DC para TTL y CMOS es típicamente +5V. Normalmente, las conexiones a la

tensión de alimentación y a tierra (denotadas por Vcc y GND respectivamente) se omiten de los diagramas lógicos para simplificarlos. Esto no quiere decir que internamente, dichas señales lleguen a todas las puertas integradas en un CI

17Sistemas Digitales I

Circuitos digitales CMOS Niveles Lógicos CMOS Comparación

Nivel de tensión TTL CMOS HC

Bajo (0) 0V - 0.8V 0V - 1.5V 0V - 1V

Alto (1) 2V - 5V 3.5V - 5V 3.5V - 5V

18Sistemas Digitales I

Conversión Binario a Decimal

10

0123456

2

1011040032642*12*02*12*02*02*12*1

1100101

1 1 0 0 1 0 1

MSB

(Bit Mas significativo)LSB

(Bit Menos significativo)

19Sistemas Digitales I

Ejemplo – Conversión

1100101.1101 1 0 0 1 0 1 . 1 1 0

1075.10025.05.0100

32*022*112*1

02*112*022*132*042*052*162*1

=++=

-+-+-+

++++++

20Sistemas Digitales I

Conversión de Decimal a Binario

Método 1 – Escribir en sumas de potencias de dos.

02*112*022*132*142*052*1

02223252 l 4 8 32 45

21Sistemas Digitales I

Conversión de Decimal a Binario

Método 2 – División Repetida130 /2 = 65 con residuo 0 65/2 = 32 con residuo 1 32/2 = 16 con residuo 0 16/2 = 8 con residuo 0 8/2 = 4 con residuo 0 4/2 = 2 con residuo 0 2/2 = 1 con residuo 0 1/2 = 1 con residuo 1

20 1 0 0 0 0 0 1

22Sistemas Digitales I

Ejemplo:

Convertir 9,6875 a binario

23Sistemas Digitales I

Sistema de Numeración OCTAL Sistema de Base 8 Ocho posibles dígitos: 0,1,2,3,4,5,6,7 Conversión Octal a decimal Conversión de decimal a octal.

...88888888... 32101234 Punto Octal

24Sistemas Digitales I

Conversión octal a decimal

108

8

0128

279427

716256427

8*78*28*4427

25Sistemas Digitales I

Decimal a Octal266/8 = 33 + residuo 2 33/8 = 4 + residuo 1 4/8 = 0 + residuo 4 810 412266

Primer residuo es el LSB y el Ultimo es el MSB.

26Sistemas Digitales I

Conversión de Octal Binario.OCTAL BINARIO

0 0001 0012 0103 0114 1005 1016 1107 111

28 0010100.101011111537.24

El número binario 10001101100.11010

es en octal 10 001 101 100 . 110 10 = 2154.648

El mayor digito es el 7 0,1..6,7,10,11….65,66,67,70,71…

27Sistemas Digitales I

Sistema de Numeración Hexadecimal Sistema que emplea Base 16 Símbolos de {0, 1, 2,..., 9, A, B, C, D, E, F} Hexadecimal Decimal

HEX BINARIO DECIMAL

0 0000 0

1 0001 1

2 0010 2

3 0110 3

4 0100 4

5 0101 5

6 0110 6

7 0111 7

8 1000 8

9 1001 9

A 1010 10

B 1011 11

C 1100 12

D 1101 13

E 1110 14

F 1111 15

1016

16

01216

854356680786356

16*616*516*3356

28Sistemas Digitales I

Ejemplos Conversión Hex Dec

1016

16

01216

6872

151605122

16*1516*1016*22

AF

AF

AF

29Sistemas Digitales I

Conversión de Decimal a Hexadecimal.

1610 6214 D214/16 = 13 + residuo 6 (LSB)

13/16 = 0 + residuo 13

Conversión de Hexadecimal a Binario

216

16

10100111110092

00101111100129

F

F

30Sistemas Digitales I

Conversión de Binario a Hexadecimal Se agrupa el numero binario en

conjuntos de 4 Bits. Ejemplo

162

2

5511011111010

0101111110111011111010

F

31Sistemas Digitales I

Conteo Hexadecimal

Se cuenta de 0 a F, y se incrementa en un unidad.

La unidad inmediato superior siempre es la base.

0,1,2,3,...F,10,11,12,13,…19,1A,1B..1E,1F,20,21..

32Sistemas Digitales I

CODIGO BCD Codificación: Se representa números,

letras, por un grupo especial de símbolos. Codificar el Decimal 892 a BCD Cada Carácter ser codifica en Binario 4

BITS 81000, 91001,20010 892 1000 1001 0011 (BCD)

33Sistemas Digitales I

BCD NO es Decimal

BCD no es un sistema numérico como el Binario.

Ejemplo:

BCD011001010010256

100000000256

10

210

34Sistemas Digitales I

Código de Exceso 3 AL numero BCD se le Suma 3 a cada

digito. 4 4+3 = 7 0111 No son: 0000,0001,0010 1101,1110,1111

Decimal BCD Exceso 30 0000 00111 0001 01002 0010 01013 0011 01104 0100 01115 0101 10006 0110 10017 0111 10108 1000 10119 1001 1100

35Sistemas Digitales I

Código GRAY

Es un código binario sin peso.

cada incremento en la cuenta va acompañado solamente por el cambio de estado de 1 bit.

36Sistemas Digitales I

GRAY – Encoder Absolutos

• Zonas transparentes y opacas, interrumpe un haz luminoso adquirido por unos foto receptores

• Por lo tanto, ellos transforman los impulsos luminosos en impulsos eléctricos que se tratan y transmiten por la parte electrónica en salida.

37Sistemas Digitales I

La codificación absoluta GRAY En los encoders absolutos la posición

queda determinada mediante la lectura del código de salida.

El cual es único para cada una de las posiciones dentro de la vuelta.

Por consiguiente los encoders absolutos no pierden la posición real cuando se corta la alimentación (incluso en el caso de desplazamientos)

38Sistemas Digitales I

Funcionamiento encoder GRAY

39Sistemas Digitales I

Sistemas Digitales I 40

Conversion de Binario a Gray y viceversa:

Códigos alfanuméricos Datos Numéricos Datos No Numéricos, Letras, Caracteres

Especiales. Código ASCII (American Standard Code for

Information Interchange)

41Sistemas Digitales I

TABLA ASCII

42Sistemas Digitales I

Codificar el siguiente mensaje en ASCII

Codificar BIT. En 7 Bits BIT B1000010, I1001001,T1010100 Decodificar el Mensaje 1001001 1001110 1000011 0100000

1000001 INC A

43Sistemas Digitales I

Transmisiones Transmisión Paralela

b0b1b2b3b4b5b6b7

• Transmisión Serialb0b1b2b3b4b5b6b7

TX

RX

RX

44Sistemas Digitales I

Métodos de Paridad Código de paridad par: El BIT de paridad

será un 0 si el número total de "1" es par, y un 1 si el número total de "1" es impar.

Código de paridad impar: El BIT de paridad será un 1 si el número total de "1" es par y un 0 si el número total de "1" es impar.

Normalmente el BIT de paridad se añade a la izquierda del caracter original.

45Sistemas Digitales I

Ejemplo de Paridad Tenemos el carácter original 0111001. El carácter resultante, añadiendo el BIT de

paridad a la izquierda, y dependiendo de si usamos paridad par o impar, será:

00111001 paridad par 4 unos. 10111001 paridad impar 4 Unos.

46Sistemas Digitales I

Digito Decimal

BCD8421

BCDExceso-3

84-2-1 BCDAIKEN2421

BIQUINARIO5043210

0 0000 0011 0000 0000 0100001

1 0001 0100 0111 0001 0100010

2 0010 0101 0110 0010 0100100

3 0011 0110 0101 0011 0101000

4 0100 0111 0100 0100 0110000

5 0101 1000 1011 1011 1000001

6 0110 1001 1010 1100 1000010

7 0111 1010 1001 1101 1000100

8 1000 1011 1000 1110 1001000

9 1001 1100 1111 1111 1010000

Auto complementarios

47Sistemas Digitales I

Códigos para acciones, condiciones y estados

En el diseño de sistemas digitales a menudo encontramos aplicaciones sin datos, donde una cadena de bits debe usarse para controlar una acción, para verificar una condición o para representar el estado presente del Hardware.

Ejemplo:

48Sistemas Digitales I

Unidad de control

comparar Número identif.

De disp.

DISPOSITIVO

HABILITAC DE DISPOSITOVO

comparar Número identif.

De disp.

DISPOSITIVO

HABILITAC DE DISPOSITOVO

comparar Número identif.

De disp.

DISPOSITIVO

HABILITAC DE DISPOSITOVO

SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS CODIFICADA EN BINARIO

Unidad de control

HABILITACIÓN DE DISP.

DISPOSITIVO

HABILITACIÓN DE DISP.

DISPOSITIVO

HABILITACIÓN DE DISP.

DISPOSITIVO

SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS CODIFICADA EN 1 DE n

Estructura de control para un sistema digital, usando Código binario y código 1 de n

49Sistemas Digitales I