Diapositives de la UD02 'Electrònica digital' de la matèria 'Tecnologia' de 4t d'ESO. Llibre Santillana.

1. UD 02. Electrònica digital
Objectius didàctics de la Unitat
Abans de començar
Continguts
Lògica digital
Àlgebra de Boole
Plantejament de problemes tecnològics
Circuits integrats
Portes lògiques
Aplicacions pràctiques

2. UD 02. Objectius Didàctics
Adquirir coneixements bàsics de l'àlgebra de Boole
Familiaritzar-nos amb el codi binari
Entendre què és una porta lògica i conèixer les
fonamentals: AND, OR i NOT
Escriure taules de veritat i primera forma canònica a
partir d'esquemes de circuits
Fer circuits amb portes lògiques emprant el simulador
Reforçar el nostre coneixement d'aquesta eina

3. UD 02. Abans de començar
Què sabem de...
Conceptes de la Unitat anterior?
Relés, transistors
El codi binari?
El nombre 10 com a 1-0
Circuits integrats i xips?
Paraules AND, OR, NOT?

4. UD 02. Lògica digital
Àlgebra
Inventem un conjunt de nombres
Inventem un conjunt de propietats
Àlgebra de Boole
Només consta de dos elements (0 i 1)
Gran aplicabilitat a l'electrònica
Molts problemes tecnològics es poden traduir a binari
Podem identificar 0 i 1 amb estats d'interruptor
Tancat (0) i obert (1)
Les operacions booleanes es poden dur a terme físicament amb
circuits electrònics, pneumàtics...

5. UD 02. Plantejament digital
Exemple
Volem que un llum s'engegui si dos interruptors estan
tancats
Identificar cada element de control amb una variable
La variable pot valdre 0 (obert) i 1 (tancat)
Identificar cada actuador amb una funció
Cada funció prendrà dos valors 0: apagat i 1 encès
Elaborar taula de la veritat dels actuadors
Expressar algebraicament les funcions lògiques

6. UD 02. Plantejament digital
En el nostre cas:
Elements de control: interruptors
0: obert. 1: tancat
Funció: apagat (0) i encès (1)
Taula de la veritat: només quan els dos interruptors
estiguin tancats la funció val 1

7. UD 02. Plantejament digital
La taula de la veritat seria
Variables Funció
A B M
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Fem la forma canònica (FC1)
M = A·B
Aquelles combinacions amb output=1

8. UD 02. Plantejament digital
Implementem les funcions lògiques amb circuits
digitals
A l'esquerra posem tants terminals d'entrada com
variables
En el nostre cas: dues variables (els dos interruptors)
A la dreta: l'output (làmpada, motor...)
Al mig posem la porta lògica corresponent
És a dir, el circuit booleà corresponent
Finalment fem la connexió

9. UD 02. Plantejament digital
Així, aquests dos circuits són equivalents:

10. UD 02. Plantejament digital
Finalment habilitem entrades i sortides digitals
Les portes s'han de connectar a font d'alimentació
Terminal d'alimentació: +Vcc (pol positiu)
Terminal de massa (GND) (pol negatiu, 0V)
CMOS sèrie 74HC
Valor lògic 0: interval de voltatge 0-1,5V
Valor lògic 1: interval de voltatge 3,5-5V
1,5 i 3,5V: llindars de voltatge. Hem d'evitar estar massa temps en
aquests valors: disfuncions
Només per passar de 0 a 1

11. UD 02. Plantejament digital
Portes lògiques (II)
Dissenyades per a entrades de corrent baixes ~ 1mA
Hi podem distingir
Bloc d'entrada
Donen inputs a les portes
Bloc de procés o control (porta lògica)
Bloc de sortida
El que fem amb la sortida de la porta

12. UD 02. Plantejament digital
Drivers o buffers
Portes lògiques: I sortida baixa (<50 mA)
Insuficient per a làmpades o motors
Emprem circuits amplificadors de corrent
S'anomenen adaptadors (buffers) o controladors (drivers)
Exemple senzill: Emprant transistor
Fa d'amplificador
Guany de corrent
Ic (col·lector) = β · Ib (base)
El símbol β és el guany de corrent (de l'ordre de 100)
Veiem exemples

13. UD 02. Plantejament digital
Drivers o buffers (II)
Aquest cas: Amplifiquem per activar làmpada
Resistència 10 KΩ: protecció de la base i la porta

14. UD 02. Plantejament digital
Drivers o buffers (III)
Exemple: làmpada sense buffer (no activa)

15. UD 02. Plantejament digital
Drivers o buffers (IV)
LED sense buffer (innecessari)

16. UD 02. Plantejament digital
Drivers o buffers (V)
Moviment de motor
(amb relé i porta
AND)

17. UD 02. Circuits integrats
Són circuits electrònics miniaturitzats
També anomenats xips
Generen resposta quan reben senyals
Alguns: programables, d'altres ja programats
Es caracteritzen:
Duen a terme operacions lògiques
Tenen pius: terminals dels dipositius integrats
S'han d'alimentar amb tensió perquè funcionin
Identificats amb nombre gravat i osca als pius

18. UD 02. Circuits integrats
Circuits integrats més utilitzats
Reguladors de tensió
555: per a elaborar temporitzadors
Amplificadors operacionals
Parell Darlington: incrementa el guany dels transistors: β
L239B: amplifica senyals d'un microcontrolador: activació
de motor elèctric
Portes lògiques: presa de decisió en el control d'un procés

19. UD 02. Portes lògiques
Circuits especialitzats en dur a terme operacions
booleanes
Les bàsiques
AND: ha de passar corrent per tots dos terminals d'entrada i
llavors la sortida dóna senyal
OR: Per a donar senyal de sortida n'hi ha prou amb que rebi
tensió en un dels dos terminals d'entrada
NOT: canvia el sentit del senyal d'entrada. Si no rep senyal dóna
senyal de sortida (i vicerversa)

20. UD 02. Portes lògiques
file:///mnt/temp/oo/20120531173941/Miscelània/2009-11-16%20--%20Imatge%20resum%20portes%20pg%2048%20retallada.jpg

21. UD 02. Portes lògiques
Famílies lògiques
RTL: Resistor Transistor Logic
Transistor més resistència. Molt lents
DTL: Diode Transistor Logic
Díodes en comptes de resistències (general)
TTL: Transistor Transistor Logic
Millora característiques de DTL
Alimentació a 5V
Les més exitoses: família 74

22. UD 02. Portes lògiques
Famílies lògiques (II)
CMOS
Substitueixen els transistors de les famílies TTL per FET
(transistors d'efecte camp)
No s'escalfen tant
CMOS 4000: lents i delicats. 74HC: ràpids i robustos
Alimentació: de 5 a 15V
Portes lògiques i circuits integrats
Portes: comercialitzades en circuits integrats

23. UD 02. Aplicacions pràctiques
Domòtica de la llar
Sensors i combinació d'informació per a prendre decisions
Ex: calefacció en funció de T i presència
Accionaments de màquines industrials
Ex: només si els dos polsadors estan ON
Seguretat
En general: situacions on es prenen decisions en
funció de diferents variables