UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

ELECTRONICA DIGITALAlumnos:•Carrasco Yaranga, Wilber Victor.•Cieza Huaraca, Edwin James.•Ojeda Oré, Miguel

Huancayo - 2010

ELECTRÓNICA DIGITAL La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados (discretizado).

A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico hay (1- verdadero) tensión de voltaje o hay ausencia de tensión de voltaje ( 0 - falso).

SEÑAL ANALÓGICA 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.

Señal Analógica

Ejemplos:

En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arcoíris vemos como se realiza de una forma suave y continúa.

SEÑAL ANALÓGICA sistema electrónico analógico es el altavoz, que se emplea para amplificar el sonido de forma que éste sea oído por una gran audiencia. Las ondas de sonido que son analógicas en su origen, son capturadas por un micrófono y convertidas en una pequeña variación analógica de tensión denominada señal de audio.

Amplificador de audio

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.

Señal Digital

Ejemplos:

El interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada

SEÑAL DIGITALAmplificador de audio

CONVERSIÓN DE SEÑAL ANÁLOGA A DIGITAL

El primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal.

Señal Digital

Ejemplos:

FORMAS DE ONDASeñal Digital

Ejemplos:

FORMAS DE TRANSFERENCIA DE DATOS

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS SISTEMAS DIGITALES

VENTAJAS

•Son fáciles de diseñar.•Facilidad para guardad información.•Mayor exactitud y precisión.•Programación de la operación.•Menos afectos al ruido.•Económica fabricación de circuitos integrados.

•El mundo real es fundamentalmente analógico.•La necesidad de convertir señales analógicas a digitales incrementa:

La complejidad de los sistemas.

Los costos de diseño y fabricación.

El tiempo de procesamiento.

Pérdida de precisión de la señal original.

VENTAJAS

SEÑAL ANALÓGICA 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.

Señal Analógica

Ejemplos:

En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arcoíris vemos como se realiza de una forma suave y continúa.

SISTEMAS DE NUMERACIÓN

Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas de generación que permiten construir todos los números válidos en el sistema.

Sistema binario (Base 2)Este sistema de representación sólo

utiliza los dígitos 0 y 1 para representar cualquier número.Sistema octal (Base 8)

Utiliza ocho dígitos: 0,1,2,3,4,5,6 y 7.Sistema decimal (Base 10)

Utiliza diez dígitos: 0,1,2,3,4,5,6,7,8 y 9.Sistema hexadecimal (Base 16)

Se emplean 16 dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7, 8, 9, A, B, C, D, E y F, donde las letras representan los números 10, 11, 12, 13, 14 y 15 respectivamente.

CONVERSIÓN ENTRE SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN

Conversión Octal – Binaria: (42)8 = ( 100)2(010)2 = (100010)2

Conversión Binaria – Octal (1010)2 = (001 010)2 = (12)8

Conversión Hexadecimal – Binaria:

(A5)H = (1010 0101)2

CÓDIGO BCD NATURAL:Los números decimales se convierten a binario BCD mediante circuitos codificadores y mediante decodificadores y unidades de visualización (displays) se hace la representación decimal de códigos BCD.Se basa en representar cada dígito decimal a su correspondiente binario natural. Cada dígito corresponde a un grupo de 4 bits.El código BCD natural es el normalmente utilizado cuando tiene que haber representación numérica; es el ejemplo de calculadoras, instrumental, sistemas de control industrial etc.

CÓDIGO BCD AIKEN:Los códigos pueden ser de tipo ponderado o no. En los códigos ponderados el número decimal equivalente se obtiene mediante la suma de los pesos de los dígitos binarios que forman el código.

Sus pesos son 2-4-2-1.

CÓDIGO EXCESO 3:Es un código BCD no ponderado, cada combinación se obtiene sumando el valor 3 a cada combinación binaria BCD natural.

CÓDIGO GRAY:Se emplea codificadores de posición de un eje, obteniendo una combinación binaria correspondiente a una posición angular, algo muy utilizado en robótica y en conversiones de magnitudes analógicas a digitales.

Se denomina como código progresivo, en los que cada combinación difiere de la anterior y siguiente en uno de sus dígitos. También conocido como códigos continuos, cuando en la primera y última combinación difieren en un solo bit y se les denomina cíclicos.

CÓDIGO ALFANUMÉRICO:Son aquellos que permiten la codificación de letra y signos especiales, como las que aparecen en la pantalla de un ordenador también operan en binario y existe una codificación binaria de la información alfanumérica.El código alfanumérico más popular es el ASCII ( American Standard Code for Information Interchange).

CÓDIGO ASCII- Hay dos versiones del código ASCII: ASCII-7 y ASCII-8.

- El código estándar ASCII-7 puede representar 128 caracteres diferentes, es decir 27 combinaciones de siete 0´s y 1´s.

- El código ASCII-8, también conocido como código ASCII Extendido, fue introducido en 1981 por IBM. Este código esta ordenado en 4 grupos de 8 combinaciones de bits. El primer grupo es usado para comandos de control, el segundo para números y marcas de puntuación, el tercero para letras mayúsculas y otros símbolos especiales y el último grupo es usado para letras minúsculas.

EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

Código de intercambio decimal codificado en código binario extendido Es el método de codificación de IBM para convertir los caracteres alfanuméricos (letras y números en lenguaje digital (ceros y unos). El código EBCDIC define un total de 256 caracteres. Cada carácter está compuesto por 8 bits.

Una tabla de conversión ASCII-EBCDIC sería

126 ASCII = 161 EBCDIC

UNICODE:Presenta las siguientes ventajas:

Ha sido adoptado como estándar por los principales fabricantes de hardware y software (IBM, Microsoft, Apple, Sun, Oracle,etc.)

Es el código estándar de los lenguajes de programación más modernos como XML y JAVA

Usa 32 bits por lo que puede representar de forma unívoca unos 65000 caracteres (todos los que existen en la actualidad, incluido el chino y queda muchos libres).Se han definido tres juegos de caracteres para aumentar las posibilidades cercanas al millón (unos 870.000).

Hay tres codificaciones con 8 (UTF-8), 16 (UTF-16) o 32 bits (UTF-32)

Se pueden proponer nuevos caracteres. En la actualidad hay 95.221 caracteres estandarizados.

CÓDIGOS DETECTORES Y CORRECTORES DE ERRORRedundancia:

Cuando se utilizan más dígitos de los imprescindibles, normalmente usados para detectar y eventualmente corregir errores en la transmisión de la información

Códigos de Paridad:Aquellos que agregan un bit, que vale 1 o 0 según el

carácter a transmitir tenga numero par o impar de 1s.

Códigos de Hamming:El método de Hamming genera códigos de

distancia mínima 3 que permiten detectar 2 errores o detectar y corregir 1.

COMPUERTAS LÓGICAS

NOT Realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica. Una variable lógica A a la cual se le aplica la negación se pronuncia como "no A" o "A negada“.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) Not normalizada

Su ecuación es:

NOTA F0 11 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NOT, aplicando las entradas A =0. La simulación realizada muestra la salida F=1, según de la tabla de verdad.

(El diodo LED se enciende).

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS04, contiene 6 compuertas inversoras.

NOT.ms10

A F0 11 0

NOTA continuación se muestra la simulación de la compuerta NOT, aplicando las entradas A =1. La simulación realizada muestra la salida F=0 , según de la tabla de verdad.

(El diodo LED no se enciende).

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS04, contiene 6 compuertas inversoras.

ANDRealiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

Su ecuación es:

ANDA B F0 0 00 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta AND aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS08, contiene 4 compuertas AND.

ANDA B F0 0 00 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta AND aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS08, contiene 4 compuertas AND.

ANDA B F0 0 00 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta AND aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS08, contiene 4 compuertas AND.

ANDA B F0 0 00 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta AND aplicando las entradas A =1 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS08, contiene 4 compuertas AND.

NAND Realiza la operación de producto lógico negado. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

Su ecuación es:

NANDA B F0 0 10 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NAND aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS00, contiene 4 compuertas NAND.

NANDA B F0 0 10 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NAND aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS00, contiene 4 compuertas NAND.

NANDA B F0 0 10 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NAND aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS00, contiene 4 compuertas NAND.

NANDA B F0 0 10 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NAND aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS00, contiene 4 compuertas NAND.

OR La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la operación de suma lógica.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

Su ecuación es:

ORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta OR aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS32, contiene 4 compuertas OR.

ORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta OR aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS32, contiene 4 compuertas OR.

ORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta OR aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS32, contiene 4 compuertas OR.

ORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta OR aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS32, contiene 4 compuertas OR.

NOR La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR, realiza la operación de suma lógica negada. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

Su ecuación es:

NORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NOR aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS02, contiene 4 compuertas NOR.

NORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NOR aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS02, contiene 4 compuertas NOR.

NORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NOR aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS02, contiene 4 compuertas NOR.

NORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta NOR aplicando las entradas A =1 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS02, contiene 4 compuertas NOR.

XOR La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el mas (+) inscrito en un círculo.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

Su ecuación es:

XORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XOR aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS86, contiene 4 compuertas XOR.

XORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XOR aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS86, contiene 4 compuertas XOR.

XORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XOR aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS86, contiene 4 compuertas XOR.

XORA B F0 0 00 1 11 0 11 1 0

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XOR aplicando las entradas A =1 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS86, contiene 4 compuertas XOR.

XNOR La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el mas (+) inscrito en un círculo.

Símbolo:

Tabla de verdad

a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

Su ecuación es:

XNORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XNOR aplicando las entradas A =0 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED no se enciende)

Ver laboratorio

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS266, contiene 4 compuertas XNOR.

XNORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XNOR aplicando las entradas A =0 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS266, contiene 4 compuertas XNOR.

XNORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XNOR aplicando las entradas A =1 , B=0 . La simulación realizada muestra la salida F=0

(El diodo LED se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS266, contiene 4 compuertas XNOR.

XNORA B F0 0 10 1 01 0 01 1 1

A continuación se muestra la simulación de la compuerta XNOR aplicando las entradas A =1 , B=1 . La simulación realizada muestra la salida F=1

(El diodo LED no se enciende)

Usaremos el circuito integrado de la serie 74LS266, contiene 4 compuertas XNOR.

LEYES DEL ÁLGEBRA DE BOOLE:

En un lenguaje común: “Son las matemáticas de los sistemas digitales”.

CONMUTATIVA:

A + B = B + AA . B = B . A

ASOCIATIVA:

A + ( B + C ) = ( A + B ) + C

A . ( B . C ) = ( A . B ) .C

DISTRIBUTIVA:

A . ( B + C ) = AB + AC

ALGEBRA BOOLEANAOperaciones con el álgebra de Boole:

SUMA LÓGICA:0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 1

PRODUCTO LÓGICO:0 . 0 = 00 . 1 = 01 . 0 = 01 . 1 = 1

Reglas del álgebra de Boole:

1. A + 0 = A2. A + 1 = 13. A . 0 = 04. A . 1 = A5. A + A = A6. A + A = 17. A . A = A8. A . A = 09. A = A10. A + AB = A 11. A + AB = A + B12. ( A + B ) ( A + C ) =

A + BC

ALGEBRA BOOLEANAOperaciones con el álgebra de Boole:

SUMA LÓGICA:0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 1

PRODUCTO LÓGICO:0 . 0 = 00 . 1 = 01 . 0 = 01 . 1 = 1

Reglas del álgebra de Boole:

1. A + 0 = A2. A + 1 = 13. A . 0 = 04. A . 1 = A5. A + A = A6. A + A = 17. A . A = A8. A . A = 09. A = A10. A + AB = A 11. A + AB = A + B12. ( A + B ) ( A + C ) =

A + BC

DISEÑO DE CIRCUITOS LOGICOS COMBINATORIOS

Las expresiones booleanas pueden se convertidas en tablas de verdad y viceversa utilizando valores binarios de cada termino de la expresión.

desarrollar una tabla de verdad para la expresión de producto de sumas:

CONVERSION DE UN PRODUCTO DE SUMAS A TABLA DE VERDAD

Desarrollar una tabla de verdad para la expresión, suma de productos

PRODUCTO DE MAXTERS

DIAGRAMAS DE KARNAUGH

Método bastante sencillo ofrece las siguientes características:Tienen 2 celdas consecutivas ya sean horizontales o verticales, contienen 2 MINTERS adyacentes.Las celdas extremas ya sean verticales o horizontales contienen MINTERS adyacentes.

2n = m donde: n = número de variables

m = número de celdas

DIAGRAMAS DE KARNAUGH

Si: n = 2; entonces m = 4 Mapa de Karnaugh de 5 variables