ELECTRÓNICA DIGITAL

Introducción Hemos visto hasta ahora algunos componentes muy utilizados en los circuitos de

electrónica analógica. Esta tecnología se caracteriza porque las señales físicas (temperatura, sonido, imagen, etc...) se convierte en una señal eléctrica con la misma forma de onda que la señal física.

Veamos un ejemplo.

En un aparato de sonido “analógico” (ejemplo un cassette) el sonido se convierte en señal eléctrica, esta señal la podemos modificar, grabar, etc. A la salida de los altavoces la señal eléctrica se convierte en una señal de sonido.

La señal analógica es una onda que puede tomar cualquier valor de voltaje a lo largo del tiempo.

Si utilizamos un sistema digital (ejemplo un CD ) el sonido se codifica con dos únicos

valores ( 0 ó 1) a estos valores se les denomina valores binarios, este sistema de manejar la información es la base de toda la electrónica digital.

En los circuitos digitales una señal de

voltaje (por ejemplo 5 V) equivale a un 1 lógico y una señal de “no voltaje” (0 voltios) equivale a un 0 lógico.

Codificación decimal/binario

Veamos cómo codificar con dos valores (1 y 0) los números en formato decimal.

Para codificar los números en el sistema decimal (el que usas habitualmente) se emplean 10 cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).

Cuando escribimos un número, ejemplo 153, la cantidad total resulta de multiplicar cada cifra por su base correspondiente:

153 = 1x100 + 5x10 + 3x1

En el sistema binario sólo tenemos dos dígitos para representar un número. Si en el

sistema decimal las bases son (1, 10, 100, etc.) en el sistema binario las bases son (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc.).

Conversión binario a decimal: Veamos qué número decimal es el binario 10101001:

1

Para averiguarlo se procede de igual forma que con el número decimal anterior, pero con las bases del sistema binario.

10101001 = 1x128 + 0x64 + 1x32 + 0x16 + 1x8 + 0x4+ 0x2 + 1x1 + = 169

Convierte en decimal los siguientes números binarios: 128 64 32 16 8 4 2 1 10011 01101 01011 00010 Para convertir un número de decimal a binario, existen distintas formas que darán el

mismo resultado, veamos una forma muy sencilla. 256 128 64 32 16 8 4 2 1 153 Convierte en binario los siguientes números decimales. 234 123 62 15

Operaciones, funciones o puertas lógicas

Acabamos de ver cómo se puede codificar la información con señales binarias (1 y 0), con estos elementos se realizan algunas operaciones que pueden parecer demasiado sencillas pero son la base de otras más complicadas con las cuales se construyen todos los circuitos electrónicos digitales que actualmente empleamos, informática, telefonía, etc.

Estas operaciones o funciones lógicas se pueden realizar con circuitos eléctricos, neumáticos o mecánicos aunque hoy día su uso principal se hace con electrónica.

Para realizar circuitos electrónicos que realicen estas operaciones, los fabricantes de componentes electrónicos construyen circuitos integrados, estos circuitos incorporan en su interior transistores conectados de tal forma que realizan las operaciones lógicas.

Cada CI tiene un código que identifica las funciones que incorpora.

La base de los microprocesadores son estas operaciones básicas que combinadas permiten ejecutar operaciones mucho más complejas.

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Las distintas puertas van a tener unas “entradas lógicas” serán los valores binarios que puede tener la entrada. Y un valor de “salida” cuyo resultado será 0 ó 1.

A las entradas las designaremos con las letras a, b, c, d, etc... y a la salida con la letra s. Igualmente la salida sólo puede tomas dos valores 0 ó 1.

b La

“tabla decombinaci

La

Cofunción.

Puerta

AND (Y ló

OR (o lógi

NO (inver

NAND (Y

NOR (o ne

XOR

Mediante 1.-

a

Puerta lógica

s puertas lógicas se re la verdad” de una funones de entradas.

s puertas lógicas básic

mpleta la siguiente tabl

Operació

gico) S = a.b

co) S = a + b

sor) S = a

negada) S = a.b

gada) S = a + b

S =a + b

la combinación de distin Determinar la función r

s

presentan gráficamente o mediante su “operación lógica”. La ción, representa la salida que de obtiene para las distintas

as

a con el símbolo normalizado, y la “tabla de la verdad” de cada

n Símbolo IEC Símbolo normalizado

Tabla de la verdad

tas puertas lógicas, se crean funciones más complejas. esultante y la tabla de la verdad de estas dos funciones.

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Lógica secuencial (Biestables)

A los circuitos vistos hasta ahora se les estudia dentro de la llamada “lógica combinacional”, en todos ellos, dependiendo de los valores de las variables de entrada se obtiene una única salida.

Vamos a ver un tipo de componente en el que el valor de la salida depende de cómo han evolucionado las variables de entrada en el tiempo.

Biestable R-S

Se obtiene de la combinación de las puertas anteriormente estudiadas, veamos el siguiente circuito.

Para representar un Biestable se emplea un rectánguro con dos entradas (R, S) y dos salidas (Q, Q).

En el circuito tenemos dos entradas S (Set) y R (Reset), el valor Q (t) en la tabla es el valor que tiene la salida antes de aplicar un nuevo valor de entrada, el valor de la salida Q(t+1) es el valor que toma la salida dependiendo de los tres valores de entrada.

S R Q(t) Q(t+1)

0 0 0 0

0 0 1 1

1 0 0 1

0 1 0 0

1 0 1 1

0 1 1 0

1 1 0 X

1 1 1 X

• Las entradas a cero no producen variación del valor de salida.

• Si la entrada S es uno, el valor de la salida pasa a uno.

• Si la entrada R es uno, el valor de la salida pasa a cero.

• Las dos entradas a uno (no se utilizan) dan una salida indeterminada.

Existen otros biestables que no vamos a estudiar, junto con las puertas lógicas son la

base de toda la electrónica digital, contadores, registros, memorias, microcontroladores y microprocesadores.

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2.- Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones. S1=a.b+a.c S2=a+(b.c) S3=a + b S4=(a+b).(b+c) 3.- Determina la función resultante y la tabla de la verdad de estos circuitos.

1 2

3 4 4.- A partir de las tablas de la verdad siguientes determina la función y dibuja el

esquema de puertas. a b c S1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0

a b c S2 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0

a b c S3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0

5.- Para controlar el sistema de alarma de una casa se ha pensado utilizar las siguientes

variables lógicas.

a.- Alarma activada.

b.- Señal de humo

c.- Presencia de persona

Se desea que haya dos salidas o funciones, determina las dos funciones y los esquemas.

• Función 1, antiincendios, se activa si está activada la alarma, está activada la señal de humo y no está activada la señal de presencia de persona.

• Función 2, intruso en casa, se activa si está activada la alarma y la señal de presencia humana.

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6.- Se desea controlar la puerta de un garaje. Queremos que siempre que llegue alguien la puerta se abra y se cierre cuando no hay “presencia de persona”. Las salidas son S1 (abrir puerta), S2 (cerrar puerta). Realizar las funciones para abrir y cerrar la puerta y representar el esquema de puertas.

Las entradas utilizadas son;

a.- Presencia de persona.

b.- Puerta abierta.

c.- puerta cerrada.

7.- Modificar el circuito anterior con un biestable R-S para que cuando se detecta una

persona la puerta se abra del todo y si se detecta ausencia de persona y la puerta está abierta la puerta se cierre.

8.- Para abrir una puerta tenemos que diseñar una llave electrónica.

El sistema tendrá 6 pulsadores (6 variables digitales). Cuando la salida digital de una función devuelva un 1 la puerta se abrirá.

Diseñar la función lógica y un circuito digital para que al pulsar de esta manera los pulsadores se abra la puerta. En cualquier otra combinación de pulsaciones la puerta no se abre.

Pulsador A pulsado (1) Pulsador D no pulsado (0) Pulsador B no pulsado (0) Pulsador E pulsado (1) Pulsador C pulsado (1) Pulsador F no pulsado (0) 9.- Deseamos controlar la subida y bajada de un puente, se utilizan las siguientes

variables. a.- Puente abajo. b.- Puente arriba. c.- Subir puente. d.- Bajar puente.

La salida S1 hace que suba el puente. La salida S2 hace que baje el puente. Escribir las funciones y los circuitos con puertas lógicas de dos salidas.

10.- Modificar el circuito anterior con biestables R-S para que con activar las entradas c y d al inicio el puente funcione.

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