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     Utp edi_s1_introduccion a la ed Utp edi_s1_introduccion a la ed Presentation Transcript

    • Electrónica Digital I (ED21) Sesión: 1Introducción a la Electrónica Digital Ing. José C. Benítez P.
    • 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 2
    • Sistemas Digitales y AnalógicosMundo 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…). Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 3
    • Sistemas Digitales y AnalógicosEjemplo: Tratamiento señal analógica Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 4
    • Sistemas Digitales y AnalógicosLos 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 5
    • Sistemas Digitales y AnalógicosMundo 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 6
    • Sistemas Digitales y AnalógicosEjemplo: Tratamiento señal digital Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 7
    • Sistemas Digitales y AnalógicosVentajas 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 8
    • Sistemas Digitales y AnalógicosDesventajas de los circuitos digitales Tiempo de respuesta. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 9
    • Sistemas Digitales y AnalógicosMagnitud 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 Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 10
    • Sistemas Digitales y AnalógicosMagnitud 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 11
    • Sistemas Digitales y AnalógicosMagnitud 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) ¿?. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 12
    • Sistemas Digitales y Analógicos¿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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 13
    • Niveles lógicosTensiones 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). Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 14
    • Niveles lógicosTensiones eléctricas y valores lógicos binarios Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 15
    • Niveles lógicosTensiones eléctricas y valores lógicos binarios • 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). Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 16
    • 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 17
    • Circuitos Integrados Digitales¿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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 18
    • Circuitos Integrados DigitalesCaracterísticas: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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 19
    • Circuitos Integrados DigitalesCaracterística de transferencia: Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 20
    • Circuitos Integrados DigitalesCaracterísticas: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.. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 21
    • Circuitos Integrados DigitalesCaracterística de entrada-salida: Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 22
    • Circuitos Integrados DigitalesCaracterísticas: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.. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 23
    • Pulsos digitalesPulso: 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. V Flanco de NA bajada NA NA NB NB NB Pulso activo en alto Pulso activo en bajo Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 24
    • Pulsos digitalesGeneradores 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 25
    • Pulsos digitalesCaracterísticas 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: V 90 % Donde: 10 % tS → tiempo de subida tb t ts tb → tiempo de bajada Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 26
    • Pulsos digitalesCaracterísticas 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. Ancho de pulso D = ∗ 100 T Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 27
    • 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 28
    • 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. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 29
    • MemoriaObjetivo fundamental • Almacenar datos • Realizar transformaciones sencillas: • Desplazar • Contar Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 30
    • MemoriaComponentes de memorización: • Registros. • Contadores. • Bancos de registros. • Memorias. Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 31
    • Sesión 1. Introducción a la Electrónica Digital Electrónica Digital I http://utpedi.blogspot.com Electrónica Digital I - Prof. Ing. José C. Benítez P. 32