CAP 01 Conceptos Digitales

INGENIERÍA ELÉCTRICA

SISTEMAS DIGITALES

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Conceptos Digitales

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La mayoría de las cantidades naturales que vemos son analógicas y varían de forma continua. Los sistemas analógicos en general pueden manejar una potencia mayor que los sistemas digitales.

Los sistemas digitales pueden procesar, almacenar y transmitir datos de manera más eficiente, pero sólo se pueden asignar valores discretos para cada punto.

Cantidades Analogicas

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Muchos sistemas utilizan una mezcla de electrónica analógica y digital para tomar ventaja de cada tecnología. Un reproductor de CD típico acepta datos digitales de la unidad de CD y la convierte en una señal analógica para la amplificación.

Sistemas Analógicos y Digitales

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La electrónica digital utiliza circuitos que tienen dos estados, que están representados por dos niveles de tensión diferentes llamados ALTO y BAJO. Los voltajes representan los números en el sistema binario.

Dígitos Binarios y Niveles Lógicos

En binario, un solo número se llama bit (por binary digit ). Un bit puede tener el valor de un 0 o un 1, dependiendo de si el nivel de tensión es ALTO o BAJO.

ALTO

BAJO

VH(max)

VH(min)

VL(max)

VL(min)

Invalidado

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Formas de onda digitales cambian entre los niveles BAJO y ALTO. Un pulso de signo positivo es el que va desde un nivel lógico normalmente BAJO a un nivel ALTO y luego de vuelta otra vez. Las formas de onda digitales se componen de una serie de pulsos.

Las formas de onda digitales

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Los pulsos reales no son ideales, pero se describen por el tiempo de subida, el tiempo de bajada, la amplitud y otras características.

Características de los Pulsos

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Formas de onda de pulso periódico se componen de impulsos que se repite en un intervalo fijo llamado período. La frecuencia es la tasa que se repite y se mide en hercios.

Formas de onda de pulso periódico

Tf 1

f

T 1

El reloj es una señal de base de tiempo que es un ejemplo de una onda periódica.

¿Cuál es el período de una onda repetitiva si f = 3.2 GHz?

GHz 2.311

fT 313 ps

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Definiciones en un Pulso

Además de la frecuencia y el período, las formas de onda de impulsos repetitivos son descritos por la amplitud (A), ancho de pulso (tW) y ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo es la relación de tW a T.

Volts

Time

Amplitude (A)

Pulse width (tW)

Period, T

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Un diagrama de temporización se utiliza para mostrar la relación entre dos o más formas de onda digitales.

Diagramas de Tiempo

Clock

A

B

C

Un diagrama como este se puede observar directamente en un analizador lógico.

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Los datos pueden ser transmitidos por transferencia serial o transferencia en paralelo.

Datos en Serie y Paralelo

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Funciones Lógicas Básicas

Verdadero sólo si todas las condiciones de entrada son verdaderas.

Verdadero sólo si una o mas condiciones de entrada son verdaderas.

Indica a condición de oposición.

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Funciones básicas del sistema

Los elementos and, or, y not se pueden combinar para formar diversas funciones lógicas. Algunos ejemplos son:

La función de comparación

Funciones aritméticas básicas

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Función de codificador

Función de decodificador

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Función de selección de datos

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Función de contador

…y otras funciones tales como conversión de código y almacenamiento.

Impulsos de entrada1

ContadorLíneas de salida en paralelo Código

binario para el 1

Código binario para el 2




Secuencia de códigos binarios que representan el número de impulsos de entrada contados

2 3 4 5

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Un tipo de función de almacenamiento es el registro de desplazamiento, que se mueve y almacena datos cada vez que este es alcanzado por un pulso de reloj.

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Circuitos integrados

Vista en corte del chip DIP (Dual-In-line Pins) :

La serie TTL, disponible como DIPs es popular para los experimentos de laboratorio de lógica.

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Se muestra un ejemplo de creación de prototipos de laboratorio. El circuito es cableado y probado utilizando chips DIP.

En este caso, la prueba puede ser realizada por un ordenador conectado al sistema.

DIP chips

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Los chip DIP y chips de montaje superficial.

Pin 1

Dual in-line package Small outline IC (SOIC)

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Otros paquetes de montaje superficial:

SOIC PLCC LCCC

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Instrumentos de Medida y Prueba

HO RIZO N TALVERTIC A L TRIG G ER

5 s 5 ns

PO SITIO N

C H 1 C H 2 EXT TRIG

A C -DC -G ND

5 V 2 m V

VO LTS/D IV

C O UPLIN G

C H 1 C H 2 BO TH

PO SITIO N

A C -DC -G ND

5 V 2 m V

VO LTS/D IV

C O UPLIN G

SEC /D IV

PO SITIO N

SLO PEÐ +

LEVEL

SO URC EC H 1C H 2EXT

LINE

TRIG C O UPDC A C

DISPLAY

IN TEN SITY

PRO BE C O M P5 V

Los controles del panel frontal de un osciloscopio de propósito general se pueden dividir en cuatro grupos principales.

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Para la medición de las señales digitales, utilice el acoplamiento DC

Normalmente, el disparo en la menor de las dos formas de onda cuando se comparan las señales.

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El analizador lógico puede mostrar múltiples canales de información digital o mostrar los datos digitales en forma de una tabla.

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V

1 s1 s

40 m A

10 A

C O M

Ra ng eAuto ra n g eTo uc h/Ho ld

Fused

O FF V

V

Hz

m V

A

0.01 V

El DMM puede realizar tres mediciones eléctricas básicas.

Voltaje

Resistencia

Corriente

En el trabajo digital, los multímetros digitales son útiles para el control de tensiones de alimentación, verificación de resistencias, prueba de continuidad, y ocasionalmente realizar otro tipo de mediciones.

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Lógica Programable

Los dispositivos lógicos programables (PLDs) son una alternativa a los dispositivos de función fija. La lógica se puede programar para un propósito específico. En general, su costo es menor y utilizan menos espacio en la tarjeta que los dispositivos de función fija.

Un dispositivo PAL es una forma de PLD que utiliza una combinación de una matriz AND programable y una matriz OR fija:

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Analógico

Digital

Binarrio

Bit

Pulso

Ser continuo o tener valores continuos.

Relacionado con dígitos o cantidades discretas; tener un conjunto de valores discretos.

Tener dos valores o estados; describe un sistema de numeración que tiene una base de dos y utiliza 1 y 0 como sus dígitos.

Un dígito binario, que puede ser un 1 o un 0.

Cambio repentino de un nivel a otro, seguido después de un tiempo, llamado el ancho de pulso, por un cambio repentino de nuevo a su nivel original.

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Selección de términos clave

Clock

Gate

NOT

AND

OR

Una señal de temporización básica en un sistema digital; una forma de onda periódica se utiliza para sincronizar las acciones.

Un circuito lógico que realiza unas operaciones lógicas básicas tales como AND y OR.

Una función lógica básica que realiza la inversión.

Una operación básica lógica en la que una salida verdadera (ALTA) se produce sólo cuando todas las condiciones de entrada son verdaderas (ALTAS).

Una operación lógica básica en la que se produce una salida verdadera (ALTA) cuando una o más de las condiciones de entrada son verdaderas (ALTAS).

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Lógica de funciones fijas

Lógica programable

Una categoría de circuitos integrados digitales que tienen funciones que no pueden ser alteradas.

Una categoría de circuitos integrados digitales susceptibles de ser programados para realizar funciones específicas

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1.- En comparación con los sistemas analógicos, los sistemas

digitales

a. son menos propensos al ruido

b. puede representar un número infinito de valores

c. puede manejar mucha mayor potencia

d. todas las anteriores

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Prueba

2.- El número de valores que se puede asignar a un bit es

a. uno

b. dos

c. tres

d. diez

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Prueba

3.- La medición del tiempo entre el punto del 50% en el borde delantero de un pulso hasta el punto del 50% del borde de salida del pulso se llama

a. tiempo de subida

b. tiempo de bajada

c. periodo

d. ancho de pulso

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Prueba

4.- La medición del tiempo entre el punto del 90% del borde de salida de un pulso hasta el punto del 10% del borde de salida del pulso se llama

a. tiempo de subida

b. tiempo de bajada

c. periodo

d. ancho de pulso

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Prueba

5.- El recíproco de la frecuencia de una señal de reloj es el

a. tiempo de subida

b. tiempo de bajada

c. periodo

d. ancho de pulso

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Prueba

6.- Si el periodo de una señal de reloj es 500 ps, la frecuencia es

a. 20 MHz

b. 200 MHz

c. 2 GHz

d. 20 GHz

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Prueba

7.- Las puertas AND, OR y NOT se pueden utilizar para formar

a. dispositivos de almacenamiento

b. comparadores

c. selectores de datos

d. todas las anteriores

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Prueba

8. Un registro de desplazamiento es un ejemplo de un

a. dispositivo de almacenamiento

b. comparador

c. selector de datos

d. contador

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Prueba

9.- Un dispositivo que se utiliza para cambiar una de varias líneas de entrada a una sola línea de salida se denomina

a. comparador

b. decodificador

c. contador

d. multiplexor

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Prueba

10.- Para la mayoría del trabajo digital, un osciloscopio debe de estar acoplado a la señal utilizando

a. acoplamiento ac

b. acoplamiento dc

c. acoplamiento GND

d. ninguna de las anteriores

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Prueba

Respuestas:

1. a

2. b

3. d

4. b

5. c

6. c

7. d

8. a

9. d

10. b

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Prueba

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