Nombre del curso: Sistemas Digitales

Nombre del docente: Hctor Vargas

Fecha: 1er semestre de 2011

EIE 446 - SISTEMAS DIGITALES

Tema 1: Introduccin a los Conceptos Digitales

Libro base: Fundamentos de Sistemas Digitales. Autor: Tomas L. Floyd. Libro complemento: Principios de Diseo Digital. Autor: Daniel D. Gaski.

Seguiremos el programa de la asignatura basndonos en los captulos del

libro base. Adicionalmente, se puede utilizar cualquier bibliografa

complementaria que tenga relacin con los temas del programa.

Las transparencias de las clases corresponden a las realizadas por el propio

autor del libro base.

Habrn 3 evaluaciones a lo largo del semestre. Las fechas se fijaron en la

primera clase. Abril 14 - Mayo 19 Junio 23.

1

2

3

4

METODOLOGA

INTRODUCCIN

El trmino digital se deriva de la forma en que las computadoras realizan las operaciones contando dgitos. Durante muchos aos, las aplicaciones de la

electrnica digital se limitaron a los sistemas informticos.

Hoy en da, la tecnologa digital tiene aplicaciones en un amplio rango de reas adems de la informtica. Aplicaciones como la televisin, los sistemas

de comunicaciones, de radar, sistemas de navegacin y guiado, sistemas

militares, instrumentacin mdica, control de procesos industriales y

electrnica de consumo. Todos ellos usan tcnicas digitales.

A lo largo de los aos, la tecnologa digital ha progresado desde los circuitos de vlvulas de vaco hasta los transistores discretos y los circuitos

integrados, conteniendo algunos de ellos millones de transistores.

Esta unidad presenta la electrnica digital y proporciona una introduccin a muchos conceptos, componentes y herramientas muy importantes.

MAGNITUDES ANALGICAS

La mayora de las cosas que se pueden medir son analgicas y varan continuamente. Los sistemas analgicos pueden generalmente manejar

niveles de potencia superior a los sistemas digitales.

Los sistemas digitales pueden procesar, almacenar, y transmitir datos ms eficientemente, pero slo se pueden asignar valores discretos a cada punto.

1

100

A .M.

95

90

85

80

75

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P.M.

Temperature

(F)

70

Time of day

SISTEMAS ANALGICOS Y DIGITALES

Muchos sistemas usan una mezcla de electrnica digital y analgica para aprovechar las ventajas de cada tecnologa. Un ejemplo tpico es un

reproductor de CD que acepta datos digitales desde una unidad de CD y

luego los convierte a una seal analgica para su amplificacin.

Digital data

CD drive

10110011101

Analog

reproduction

of music audio

signalSpeaker

Sound

waves

Digital-to-analog

converterLinear amplifier

DGITOS BINARIOS Y NIVELES LGICOS

La electrnica digital utiliza circuitos que tienen dos estados, los cuales se representan por niveles de voltaje diferentes llamados ALTO y BAJO. Los

voltajes representan nmeros en el sistema binario.

ALTO

BAJO

VH(max)

VH(min)

VL(max)

VL(min)

Invlido

En binario, un nico nmero se denomina bit (binary digit). Un bit puede tener un valor 0 o 1,

dependiendo de si el voltaje es ALTO o BAJO.

FORMAS DE ONDAS DIGITALES

Las formas de ondas digitales cambian entre los niveles BAJO y ALTO. Un impulso (tambin llamado pulso) positivo es aquel que va desde su nivel normalmente BAJO, hasta su nivel ALTO, y luego otra vez retorna al nivel

BAJO. Una seal digital est compuesta por una serie de impulsos.

Falling orleading edge

(b) Negativegoing pulse

HIGH

Rising ortrailing edge

LOW

(a) Positivegoing pulse

HIGH

Rising orleading edge

Falling ortrailing edge

LOWt0

t1

t0

t1

DEFINICIONES DE IMPULSO

En la realidad los impulsos no son ideales. Un impulso no ideal es caracterizado por algunos parmetros: tiempo de subida (rise time), tiempo

de bajada (fall time), amplitud (amplitude), anchura del impulso (pulse

width) y otras caractersticas.

90%

50%

10%

Base line

Pulse width

Rise time Fall time

Amplitude tW

tr tf

Undershoot

Ringing

Overshoot

Ringing

Droop

TREN DE IMPULSOS PERIDICO

Un tren de impulsos peridico est compuesto de pulsos que se repiten a un intervalo de tiempo fijo llamado Periodo. La frecuencia es la tasa a la que se

repiten los impulsos y se mide en Hertz.

Tf

1

fT

1

En los sistemas digitales, todas las seales se sincronizan con una seal de temporizacin bsica denominada reloj (clock en ingls). El reloj es un

ejemplo de seal peridica.

Cul es el periodo de una onda repetitiva si f = 3.2 GHz ?

GHz 2.3

11

fT 313 ps

TREN DE IMPULSOS PERIDICO

Adems de la frecuencia y el periodo, las seales peridicas se describen por su amplitud (A), anchura de impulso (tw) y ciclo de trabajo. El ciclo de

trabajo es el ratio (en %) entre tw y T.

Volts

Time

Amplitude (A)

Pulse

width

(tW)

Period, T

%100

T

ttrabajodeCiclo w

DIAGRAMAS DE TIEMPO (CRONOGRAMAS)

Un diagrama de tiempo se utiliza para mostrar la relacin temporal real entre dos o ms seales, y cmo vara cada seal en relacin con las dems.

Clock

A

B

C

Un diagrama como este se puede

observar directamente sobre un

analizador lgico.

TRANSFERENCIA DE DATOS (SERIE Y PARALELO)

Los datos se transfieren de dos formas: SERIE y 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

OPERACIONES LGICAS BSICAS

Salida Verdadera slo si todas las entradas son verdaderas.

Salida Verdadera slo si una o ms entradas son verdaderas.

Salida opuesta a la entrada.

FUNCIONES LGICAS BSICAS

Los operadores and, or, y not se pueden combinar para formar funciones lgicas ms complejas. Algunos ejemplos son:

Funcin de comparacin

Funciones aritmticas bsicas

Adder

Twobinarynumbers

Carry out

A

BCout

CinCarry in

Sum

Twobinarynumbers

Outputs

A

BA < B

A = B

A > B

Comparator

FUNCIONES LGICAS BSICAS

Funcin de codificacin

Funcin de decodificacin

Decoder

Binary input

7-segment display

Encoder9

8 9

4 5 6

1 2 3

0 . +/

7

Calculator keypad

876543210

HIGH

Binary codefor 9 used for

storage and/or

computation

FUNCIONES DE SISTEMAS BSICOS

MultiplexerA

Switchingsequence

control input

B

C

t2

t3

t1

t2

t3

t1

DemultiplexerD

E

F

Data from A to D

Data fromB to E

Data fromC to F

Data fromA to D

t1 t2 t3 t1

Switchingsequence

control input

Funcin de seleccin de datos

FUNCIONES DE SISTEMAS BSICOS

Funcin de conteo o contador

y otras funciones tal como conversin de cdigo y almacenamiento.

Input pulses

1

Counter Parallel

output lines Binary

code

for 1

Binary

code

for 2

Binary

code

for 3

Binary

code

for 4

Binary

code

for 5

Sequence of binary codes that represent

the number of input pulses counted.

2 3 4 5

FUNCIONES DE SISTEMAS BSICOS

0 0 0 00101Initially, the register contains only invaliddata or all zeros as shown here.

1 0 0 0010First bit (1) is shifted serially into theregister.

0 1 0 001Second bit (0) is shifted serially intoregister and first bit is shifted right.

1 0 1 00Third bit (1) is shifted into register andthe first and second bits are shifted right.

0 1 0 1Fourth bit (0) is shifted into register andthe first, second, and third bits are shiftedright. The register now stores all four bitsand is full.

Serial bitson input line

Un tipo de funcin de almacenamiento es el registro de desplazamiento o (shift register), que mueve y almacena datos a cada seal de reloj.

CIRCUITOS INTEGRADOS

Seccin de un encapsulado DIP (Dual-In-line Pins):

Plasticcase

Pins

Chip

La serie TTL, disponible como DIPs son muy

populares en laboratorios de lgica digital.

CIRCUITOS INTEGRADOS

La figura muestra un ejemplo de prototipado en el laboratorio. El circuito contiene encapsulados DIPs y puede ser testeado desde el propio dispositivo

de pruebas.

En este caso, el test tambin se puede hacer

mediante un computador

conectado al sistema.

DIP chips

CIRCUITOS INTEGRADOS

Encapsulados DIP y de montaje superficial.

Pin 1

Dual in-line package Small outline IC (SOIC)

CIRCUITOS INTEGRADOS

Otros encapsulados de montaje superficial.

SOIC PLCC LCCC

End viewEnd viewEnd view

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BSQUEDA DE AVERAS

El panel de control frontal de un osciloscopio de propsito general se puede dividir en cuatro grupos.

HORIZONTALVERTICAL TRIGGER

5 s 5 ns

POSITION

CH 1 CH 2 EXT TRIG

AC-DC-GND

5 V 2 mV

VOLTS/DIV

COUPLING

CH 1 CH 2 BOTH

POSITION

AC-DC-GND

5 V 2 mV

VOLTS/DIV

COUPLING

SEC/DIV

POSITION

SLOPE

+

LEVEL

SOURCE

CH 1

CH 2

EXT

LINE

TRIG COUP

DC AC

DISPLAY

INTENSITY

PROBE COMP5 V

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BSQUEDA DE AVERAS

Un analizador lgico puede desplegar mltiples canales de informacin digital o mostrar datos de forma tabulada.

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BSQUEDA DE AVERAS

Un multmetro digital o (DMM) puede realizar tres mediciones elctricas

bsicas.

V

1 s

1 s

40 mA

10 A

COM

Range

Autorange

Touch/Hold

Fused

OFF V

V

Hz

mV

A

0.01 V

En trabajo digital, DMMs son tiles para comprobar el voltaje suministrado por los dispositivos de potencia,

verificar resistores, comprobar continuidad, etc.

Voltaje

Resistencia

Corriente

PALABRAS CLAVES

Analgico

Digital

Binario

Bit

Impulso

Representa valores continuos.

Relacionado a dgitos o cantidades discretas; son un

conjunto de valores discretos.

Que tiene dos valores o estados; describe un sistema de

numeracin de base 2 y utiliza 1 y 0 como sus dgitos.

Un dgito binario, que puede ser un 1 o un 0.

Un cambio repentino desde un nivel (o estado) a otro,

seguido despus de un tiempo (llamado anchura de pulso),

por un cambio repentino al nivel original.

PALABRAS CLAVES

Reloj

Puerta

NOT

AND

OR

Una seal de temporizacin bsica en un sistema digital; una

forma de onda peridica utilizada para sincronizar acciones.

Un circuito lgico que realiza una operacin lgica bsica tal

como AND o OR.

Una funcin lgica bsica que realiza una inversin.

Una operacin lgica bsica en la que una salida verdadera (ALTO)

ocurre solamente cuando todas las entradas son verdaderas (ALTAS).

Una operacin lgica bsica en la que una salida verdadera (ALTO)

ocurre cuando una o ms entradas son verdaderas (ALTO).

BIBLIOGRAFA

Libro base: Fundamentos de Sistemas Digitales. Autor: Tomas L. Floyd. Libro complemento: Principios de Diseo Digital. Autor: Daniel D. Gaski.