UNIDAD 2
2-Electrónica Digital
Vamos a ver primero la diferencia entre la electrónica digital y la electrónica analógica. Si todavía no sabes lo que es la tensión, la intensidad y la resistencia será mejor que primero vayas al enlace de la parte de abajo en "También te pueden interesar", donde pone "Magnitudes Eléctricas". Lo primero es saber las magnitudes usadas en electricidad y electrónica. Veamos la diferencia entre la electrónica analógica y la digital.
2.1 Tablas de verdad y compuertas lógicas
compuertas lógicas y tablas de verdad
Una manera generalizada de representar las funciones lógicas es el uso desímbolos o bloques lógicos denominados puertas o compuertas lógicas. Estaspuertas en general representan bloques funcionales que reciben un conjunto deentradas (variables independientes) y producen una salida (variabledependiente) como se muestra en la figura siguiente
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2.1.1 NOT OR AND
Compuerta Lógica AND
La compuerta Y lógica más conocida tiene dos entradas A y B, aunque puede tener muchas más (A,B,C, etc.) y sólo tiene una salida X.
La compuerta AND de 2 entradas tiene la siguiente tabla de verdad.
Se puede ver claramente que la salida X solamente es "1" (1 lógico, nivel alto) cuando la entrada A como la entrada B están en "1". En otras palabras...
La salida X es igual a 1 cuando la entrada A y la entrada B son 1
Esta situación se representa en álgebra booleana como: X = A*B o X = AB.
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2.1.2 Otras ( NOR NAND XOR , etc.)
Puertas Lógicas NAND, NOR, XOR y XNOR
Compuerta Lógica NAND
Compuerta NAND
Una compuerta NAND (NO Y) de dos entradas, se puede implementar con la concatenación de una compuerta AND o "Y" de dos entradas y una compuertaNOT o "No" o inversora. Ver la siguiente figura.
2.1.3 Expresiones booleanas
Además de los números y los textos que vimos hasta ahora, Python introduce las constantes True y False para representar los valores de verdad verdadero y falso respectivamente.
Vimos que una expresión es un trozo de código Python que produce o calcula un valor (resultado). Una expresión booleana o expresión lógica es una expresión que vale o bien True o bien False.
2.2 Diseño de circuitos combinacionales
Un circuito o un sistema lógico combinacional es aquel que: Está formado por funciones lógicas elementales ( AND, OR, NAND, NOR, etc. ) Tiene un determinado número de entradas y salidas IMPORTANTE: En cada instante, el valor de la salida (o salidas) depende únicamente de los valores de las entradas Por lo tanto, en ellos no es necesario tener en cuenta el tiempo.
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2.2.1 Metodología de diseño de circuitos combinacionales
Metodología del diseño
• Enunciar el problema
• Determinar el número requerido de variables de entrada y el número requerido de variables de salida.
2.2.2 Mini términos y Maxi términos.
Mini términos
Para una función booleana de n variables x1,...xn, un producto booleano en el que cada una de las n variables aparece una sola vez (negada o sin negar) es llamado minterms. Es decir, un minterms es una expresión lógica de n variables consistente únicamente en el operador conjunción lógica (AND) y el operador complemento o negación (NOT).
2.2.3 Tecnicas de simplificación
SIMPLIFICACION DE CIRCUITOS LÓGICOS:
Una vez que se obtiene la expresión booleana para un circuito lógico, podemos reducirla a una forma más simple que contenga menos términos, la nueva expresión puede utilizarse para implantar un circuito que sea equivalente al original pero que contenga menos compuertas y conexiones.
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2.2.3.1 Teoremas y postulados del algebra de Boole
En 1854, George Boole introdujo un tratamiento sistemático de la lógica y desarrolló para este propósito un sistema algebraico que ahora se conoce como álgebra booleana. En 1938, C.E. Shannon introdujo un álgebra booleana de dos valores, denominada álgebra de interruptores, en la cual demostró que las propiedades de los circuitos eléctricos y estables con interruptores pueden representarse con esta álgebra. Para la definición formal del álgebra booleana se emplean los postulados formulados por E. V. Huntington en 1904
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2.2.3.2 Mapas Karnaugh
MAPAS DE KARNAUGH
Un mapa de Karnaugh es una representación gráfica de una función lógica a partir de una tabla de verdad. El número de celdas del mapa es igual al número de combinaciones que se pueden obtener con las variables de entrada. Los mapas se pueden utilizar para 2, 3, 4 y 5 variables.
2.2.4 Implementación y aplicación de circuitos combinacionales
Hemos estado estudiando anteriormente las características generales de los circuitos digitales y hemos presentado un protocolo de actuación para su diseño basándonos en unas determinadas condiciones de funcionamiento, a partir de la definición del problema lógico, su tabla de verdad, su función canónica, su simplificación por métodos algebraicos o por los diagramas de Karnaugh, y su implementación por medio de cualquier tipo de puertas o bien por medio de puertas universales por aplicación de los teoremas de DeMorgan.
La Lógica Secuencial es el Método de ordenamiento de acciones, razonamiento, y expresión de la automatización de maquinaria, equipos y procesos. Y su interrelación con el hombre. Esto nos da por consiguiente los binomios, hombre-máquina, hombre-proceso.
2.3.1 FLIP FLOP con compuertas
Flip-Flops
A diferencia de los cerrojoslos flip-flopsson dispositivos sincrónicos y el estado de sus salidas es controlado en instantes de tiempo discretos por una señal de reloj. Al igual que los cerrojoslos hay de varios tipos y sus aplicaciones son diversas. Los flip-flopsson dispositivos que responden una señal de reloj durante los cambios de 1a 0lógico o de 0a 1lógico, según el tipo de flip-flop.
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2.3.2 FLIP FLOP JK SR D
Flip-Flop S-R (Set-Reset)
Este dispositivo es similar al cerrojo S-Rde la lección anterior, la diferencia radica en la inclusión de una señal de reloj, que actúa como señal de confirmación del paso de los datos hacia el circuito principal, el cuál se encarga de memorizar los datos. Su representación en los sistemas digitales es la que se muestra en la figura 5.5.2. Este tipo de flip-flopno es muy comercial así que no se darán mas detalles sobre este dispositivo en este curso.
2.3.3 Diseño de circuitos secuenciales
Diseño de Circuitos Secuenciales conflip-flopsD
El diseño del circuito de la figura 7.2.3 se hizo con flip-flops JK. En esta sección veremos como se realiza el diseño de circuitos secuenciales mediante el uso de flip-flopstipo D.
2.3.4 Aplicación de circuitos secuenciales
Los circuitos secuénciales, de la misma forma que los combinacionales, están constituidos por puertas lógicas, y como en estos últimos, la escala de integración de la mayoría de los circuitos disponibles en catalogo es la MSI. Sin embargo, presentan unas características muy singulares que describiremos a continuación
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2.4 Familias lógicas
FAMILIAS LOGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Una familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI’s) los cuales pueden ser interconectados entre si sin ningún tipo de Interfase o aditamento, es decir, una salida de un CI puede conectarse directamente a la entrada de otro CI de una misma familia. Se dice entonces que son compatibles.
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2.4.1 TTL
TTL
Siglas en inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo.
2.4.2 ECL
La familia ECL, lo que quiere decir Lógica Acoplada en Emisor (emmiter-coupled logic) son unos circuitos integrados digitales los cuales usan transistores bipolares, pero a diferencia de los TTL en los ECL se evita la saturación de los transistores, esto da lugar a un incremento en la velocidad total de conmutación.
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2.4.3 MOS
Las junturas MOS son la base de los dispositivos semiconductores mas modernos. En principio el capacitor MOS es una pieza de estudio importante.
Dado que genéricamente se usa como aislante (insulator) el SiO2 (Dióxido de Silicio), se habla de de estructuras MOS (Metal Oxido Semiconductor) aunque también se denominan MIS (Metal Insulator Semiconductor).
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2.4.4 CMOS
CMOS
Siglas en inglés de Complementary Metal Oxide Semiconductor (semiconductor complementario del óxido de metal, «MOS Complementario»), es una tecnología utilizada para crear circuitos integrados, como pueden ser compuertas lógicas, contadores (entre éstos, muy populares los Decimales Johnson), etc. Consiste básicamente en dos transistores, uno PFET y otro NFET. De esta configuración resulta el nombre.
2.4.5 Bajo voltaje LVT LV LVC ALVC
El sistema de señal diferencial de bajo voltaje o LVDS (low-voltagedifferentialsignaling), es un sistema de transmisión de señales a alta velocidad sobre medios de transmisión baratos, como puede ser el par trenzado. Fue introducido en 1994 y se hizo popular en redes de computadores de alta velocidad para la transmisión de datos.