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INGENIERÍA ELÉCTRICA

SISTEMAS DIGITALES

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Introducción a los Sistemas Digitales

Capítulo 1

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Objetivos del capitulo

• Diferencia entre analógico y digital• Cómo se usan niveles de tensión para

representar magnitudes digitales• Parámetros de una señal de pulsos• Las operaciones lógicas básicas• Las funciones lógicas básicas• Cómo es un Circuito Integrado (IC)• Cómo son algunos instrumentos de medida• Un sistema digital sencillo completo

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Magnitudes analógicas

• Magnitud Analógica: la que toma cualquier valor continuo dentro de un rango.

• Todas las magnitudes físicas son analógicas.El mundo es analógico

• Ejemplos:– Temperatura, velocidad, voz, hora, ...

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Magnitudes digitales

• Magnitud Digital: la que toma un valor discreto dentro de un rango finito.

En la vida real se utilizan valores discretos.

• Ejemplos:– Panel de temperatura en la calle: 21ºC ó 22ºC, no

21.5 °C– Relojes digitales

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Sistemas analógicos vs. digitales

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Codificación digital

• A cada nivel se le asigna un código• Más niveles– Aumento de la resolución– Aumento de la complejidad

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La ventaja digital

• Procesado de datos• Transmisión de datos– Mayor velocidad– Más eficiencia y fiabilidad– Mayor inmunidad al ruido

• Almacenamiento de datos– Más fácil– Más compacto

• Más fácil diseño y mejor integración (chips)8

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Electrónica analógica y digital

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Dígitos binarios

• Dentro de las magnitudes digitales la más utilizada es la binaria

• Magnitud Binaria: la que toma 1 de 2 valores posibles– Todas son asimilables a pares de valores (sí/no),

(verdadero/falso), (0/1).– La informática se basa en las magnitudes binarias– Ej: Tener gafas (sí/no)

• Los dos dígitos binarios (0 y 1) se denominan bits. Representan niveles de tensión

• Tensión alta -> 1 Tensión baja -> 010

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Niveles lógicos

• 2 niveles porque es muy fácil distinguirlos y los dispositivos son muy fáciles (equivalente a baratos) de fabricar.

• Los niveles lógicos equivalen a niveles de voltaje, que varían según la tecnología empleada

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Ruido

• Señales analógicas: las perturbaciones modifican el valor de la señal

• Señales digitales: la señal sólo se ve afectada si la perturbación es superior al margen de tensión

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Formas de onda digitales

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Período y frecuencia

Frecuencia (f) se mide en ciclos por segundo o Hertzios (Hz)

El periodo (T) se mide en segundos

f = 1/T

T = 1/f

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Ancho de pulso y ciclo de trabajo

Duty cycle (Ciclo de trabajo) = (tw/T)*100

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El reloj

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El cronograma

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Operaciones lógicas básicas

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La operación NOT

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La operación AND

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La operación OR

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Funciones lógicas básicas

• Función comparación• Funciones aritméticas (suma, multiplicación…)• Función conversión de código• Función de codificación• Función de decodificación• Función de selección de datos• Función de almacenamiento (registro, memoria…)• Función de contador

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Comparación

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Codificador

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Decodificador

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Multiplexor / Demultiplexor

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Registro

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Contador

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Circuitos integrados (función fija)

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El chip

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El transistor

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Tecnologías de circuitos integrados

• Silicio:– TTL: Transistor-Transistor Logic– ECL: Emitter Coupled Logic– NMOS: Negative-Channel Metal-Oxide-Semiconductor – CMOS: Complementary MOS

• Arseniuro de Galio (GaAs)• Nivel de Integración– Small/Medium/Large/Very Large/ UltraLarge Scale

Integration SSI / MSI / LSI / VLSI / ULSI.– SSI y MSI usan TTL o CMOS– VLSI y ULSI usan CMOS (antes NMOS)

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• Los PLD’s pueden reemplazar a la lógica de función fija

• Su ventaja es que la función lógica del PLD puede cambiarse (no hace falta cambiar el circuito ni cambiar la interconexión)

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Programmable Logic Devices (PLD’s)Dispositivos Lógicos Programables

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Tipos de CPLD’s

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Equipos de medida

• Osciloscopio Analógico• Osciloscopio Digital• Analizador Lógico• Fuente de Alimentación DC• Generador de funciones• Multímetro digital

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Equipos de medida

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Sistema digital sencillo

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Sistema digital un poco más complejo

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SABEMOS ENTONCES:

• Diferencia entre analógico y digital• Cómo se usan niveles de tensión para

representar magnitudes digitales• Parámetros de una señal de pulsos• Las operaciones lógicas básicas• Las funciones lógicas básicas• Cómo es un Circuito Integrado (IC)• Cómo son algunos instrumentos de medida• Un sistema digital sencillo completo

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Fin Capítulo 1

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