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CONCEPTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL
SEÑAL ANALOGICA
Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético y que es representable por una función matemática
continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de
información) en función del tiempo.
Ejemplo de señal analógica.
SEÑAL DIGITAL
La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma
puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan
valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el
interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado,
o la misma lámpara: encendida o apagada.
Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de
bajada.
Señal digital con ruido
CONVERSORES ANÁLOGOS DIGITALES (A/D) Y DIGITALES
ANÁLOGOS (D/A)
Un conversor (o convertidor) analógico-digital (CAD), (o también ADC del inglés
"Analog-to-Digital Converter") es un dispositivo electrónico capaz de convertir
una entrada analógica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos
electrónicos como ordenadores, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de
telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el
tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a
una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo. Un
ejemplo de una señal análoga es la voz humana.
Para el proceso digital análogo o conversión D/A, el proceso es inverso al
señalado anteriormente.
Procesos de la conversión A/D.
Sistema Digital análogo
La señal digital.
Cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves,
puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de
señales sin pérdidas de calidad, cuenta con sistemas de detección y corrección
de errores, que se utilizan cuando la señal llega al receptor, tiene facilidad para
el procesamiento de la señal, cualquier operación es fácilmente realizable a
través de cualquier software de edición o procesamiento de señal.
SISTEMA NUMÉRICO BINARIO
El sistema binario, en matemáticas e informática, es un sistema de
numeración en el que los números se representan utilizando solamente
las cifras cero y uno (0 y 1). Es el que se utiliza en las computadoras, debido a
que trabajan internamente con dos niveles de voltaje (0 volt y 5 volt), por lo cual
su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido 1,
apagado 0).
CONVERSION BINARIO-DECIMAL.
En la conversión binario-decimal, debemos tener en cuenta los pesos de los
dígitos (basta con sumar los estados a 1).
Ejemplo: número binario 10111.
N=1x24 + 0x23 + 1x22 + 1x21 + 1x20 = 16 + 0 + 4 + 2 + 1 = 23
Otra forma más sencilla consiste en escribir los pesos correspondientes a los 5
bits y situar los estados de bit debajo, el resultado será la suma de los pesos de
los bits a ¨1¨.
16
8
4
2
1
1
0
1
1
1
pesos
= 16 + 4 + 2 + 1 = 23
C0NVERSION DECIMAL-BINARIO.
Para realizar la conversión, deberemos realizarla mediante la división de N por
2, y el cociente del resultado, deberemos dividirlo también por 2, hasta llegar a
un cociente que sea menor de 2. El número binario será el conjunto de los
restos de las divisiones y el último cociente, en orden inverso de aparición.
Ejemplo: número decimal 58.
58 / 2 = 29
resto: 0
29 / 2 = 14
resto: 1
14 / 2 = 7
resto: 0
7/2=3
resto: 1
3/2=1
resto: 1
(LSB= bit menos significativo)
58 = 1 1 1 0 1 0
MSB
LSB
1 (MSB= bit más significativo)
Si convertimos de nuevo el resultado a decimal, comprobaremos el resultado.
32
16
8
4
2
1
1
1
1
0
1
0
32 +
16
+
8
+
0
+
2
+
0
=
58
CIRCUITOS DIGITALES FUNDAMENTALES
Los circuitos integrados son la base fundamental del desarrollo de
la electrónica en la actualidad, debido a la tendencia a facilitar y economizar las
tareas del hombre.
Por esto es fundamental el manejo del concepto de circuito integrado, no sólo
por aquellos que están en contacto habitual con este, sino también por las
personas en general, debido a que este concepto debe de quedar inmerso
dentro
de
los
conocimientos
mínimos
de
una persona.
Un circuito integrado es una pieza o cápsula que generalmente es de silicio o
de algún otro material semiconductor, que utilizando las propiedades de
los semiconductores, es capaz de hacer las funciones realizadas por la unión
en un circuito, de varios elementos electrónicos, como: resistencias,
condensadores, transistores, etc.
Clasificación De Los Circuitos Integrados
Existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados(CI): los
análogos y los digitales; los de operación fija y los programables; en este caso
nos encargaremos de los circuitos integrados digitales de operación fija. Estos
circuitos integrales funcionan con base en la lógica digital o álgebra de Boole,
donde cada operación de esta lógica, es representada en electrónica digital por
una compuerta.
La complejidad de un CI puede medirse por el número de puertas lógicas que
contiene. Los métodos de fabricación actuales de fabricación permiten construir
Cis (circuitos integrados) cuya complejidad está en el rango de una a 105 o
más puertas por pastilla.
Según esto los Cis se clasifican en los siguientes niveles o escalas
de integración:
SSI
MSI
LSI
VLSI
(pequeña escala ):
menor
de
(media
escala):
entre
10
y
(alta
escala):
entre
100
y
(muy
alta
escala):
a
partir
de
10
100
10.000
10.000
puertas.
puertas.
puertas.
puertas.
La capacidad de integración depende fundamentalmente de dos factores :
El ÁREA ocupada por cada puerta, que depende a su vez del tipo y del número
de transistores utilizados para realizarla. Cuanto menor sea esta área mayor
será la capacidad de integración a gran escala.
El CONSUMO de potencia. En un circuito integrado se realizan muchas puertas
en un espacio reducido. El consumo total del chip es igual al consumo de cada
puerta por el número de puertas. Si el consumo de cada puerta es elevado se
generará mucho calor en el chip debido al efecto Joule, de forma que si este
calor no es disipado convenientemente se producirá un aumento
de temperatura que puede provocar un funcionamiento anómalo de los
circuitos.
Familias Lógicas
Los circuitos digitales emplean componentes encapsulados, los cuales pueden
albergar puertas lógicas o circuitos lógicos más complejos.
Estos componentes están estandarizados, para que haya una compatibilidad
entre fabricantes, de forma que las características más importantes sean
comunes. De forma global los componentes lógicos se engloban dentro de una
de las dos familias siguientes:
TTL: diseñada parauna alta velocidad.
CMOS: diseñada para un bajo consumo.
ALGEBRA DE BOOLE
INTRODUCCIÓN.
Las operaciones lógicas fundamentales en las que se basan los circuitos
digitales son tres:
1. Suma Lógica.
2. Producto Lógico.
3. Complementación.
Los circuitos que las realizan son denominados circuitos lógicos o digitales. El
soporte matemático de los circuitos lógicos o digitales, es el Algebra de Boole,
un conjunto de reglas matemáticas que trata con variables binarias y se basa
en las tres operaciones anteriormente indicadas.
Las expresiones se corresponden con un determinado circuito lógico, o sea
expresan circuitos físicos.
OPERACIONES LÓGICAS FUNDAMENTALES Y PUERTAS LÓGICAS.
Aspectos fundamentales sobre lógica de contactos
Se realiza una asociación de circuitos eléctricos a las expresiones lógicas,
facilitando enormemente la comprensión de los circuitos lógicos.
La equivalencia es:
1- Cero lógico (0): circuito abierto ( no hay paso de corriente).
2- Uno lógico (1): Circuito cerrado (pasa la corriente).
Compuerta AND:
Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y una
salida binaria designada por x.
La compuerta AND produce la multiplicación lógica AND: esto es: la salida es 1
si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la
salida es 0.
Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad para la
compuerta AND. La tabla muestra que la salida x es 1 solamente cuando
ambas entradas A y B están en 1.
El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo que el
símbolo
de
la
multiplicación
de
la
aritmética
ordinaria
(*).
Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la
salida es 1 si todas las entradas son 1.
Compuerta OR:
La compuerta OR produce la función sumadora, esto es, la salida es 1 si la
entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es
0.
El símbolo algebraico de la función OR (+), es igual a la operación de aritmética
de suma.
Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la
salida es 1 si cualquier entrada es 1.
Compuerta NOT:
El circuito NOT es un inversor que invierte el nivel lógico de una señal binaria.
Produce el NOT, o función complementaria. El símbolo algebraico utilizado
para el complemento es una barra sobra el símbolo de la variable binaria.
Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOT cambia su estado al
valor 1 y viceversa.
El círculo pequeño en la salida de un símbolo gráfico de un inversor designa un
inversor lógico. Es decir cambia los valores binarios 1 a 0 y viceversa.
Compuerta Separador (yes):
Un símbolo triángulo por sí mismo designa un circuito separador, el cual no
produce ninguna función lógica particular puesto que el valor binario de la
salida es el mismo de la entrada.
Este circuito se utiliza simplemente para amplificación de la señal. Por ejemplo,
un separador que utiliza 5 volt para el binario 1, producirá una salida de 5 volt
cuando la entrada es 5 volt. Sin embargo, la corriente producida a la salida es
muy superior a la corriente suministrada a la entrada de la misma.
De ésta manera, un separador puede excitar muchas otras compuertas que
requieren una cantidad mayor de corriente que de otra manera no se
encontraría en la pequeña cantidad de corriente aplicada a la entrada del
separador.
Compuerta NAND:
Es el complemento de la función AND, como se indica por el símbolo gráfico,
que consiste en una compuerta AND seguida por un pequeño círculo (quiere
decir que invierte la señal).
La designación NAND se deriva de la abreviación NOT - AND. Una designación
más adecuada habría sido AND invertido puesto que es la función AND la que
se ha invertido.
Las compuertas NAND pueden tener más de dos entradas, y la salida es
siempre el complemento de la función AND.
Compuerta NOR:
La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza el símbolo
de la compuerta OR seguido de un círculo pequeño (quiere decir que invierte la
señal). Las compuertas NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es
siempre el complemento de la función OR.