SISTEMAS DIGITALES
Tema 1: Introducción a los Conceptos Digitales
Nombre del curso: “Sistemas Digitales”
Nombre del docente: Fecha: 18 Agosto
semestre de 2/2022
METODOLOGÍA
1
2
Libro base: “Fundamentos de Sistemas Digitales”. Autor: Tomas L. Floyd.
Libro complemento: “Principios de Diseño Digital”. Autor: Daniel D. Gaski.
Seguiremos el programa de la asignatura basándonos en los capítulos del
libro base. Adicionalmente, se puede utilizar cualquier bibliografía
complementaria que tenga relación con los temas del programa.
3
Las transparencias de las clases corresponden a las realizadas por el propio
autor del libro base.
4
Habrán 3 evaluaciones a lo largo del semestre. Las fechas se fijaron en la
primera clase.
INTRODUCCIÓN
● El término digital se deriva de la forma en que las computadoras realizan
las operaciones contando dígitos. Durante muchos años, las aplicaciones de
la electrónica digital se limitaron a los sistemas informáticos.
● Hoy en día, la tecnología digital tiene aplicaciones en un amplio rango de
áreas además de la informática. Aplicaciones como la televisión, los sistemas
de comunicaciones, de radar, sistemas de navegación y guiado, sistemas
militares, instrumentación médica, control de procesos industriales y
electrónica de consumo. Todos ellos usan técnicas digitales.
● A lo largo de los años, la tecnología digital ha progresado desde los circuitos
de válvulas de vacío hasta los transistores discretos y los circuitos
integrados, conteniendo algunos de ellos millones de transistores.
● Esta unidad presenta la electrónica digital y proporciona una introducción a
muchos conceptos, componentes y herramientas muy importantes.
MAGNITUDES ANALÓGICAS
● La mayoría de las cosas que se pueden medir son analógicas y varían
continuamente. Los sistemas analógicos pueden generalmente manejar
niveles de potencia superior a los sistemas digitales.
Temperatu
re (F)
100
95
90
85
80
75
70
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4
A .M.
5 6 7 8 9 10 11 12
Time of
day
P.M.
● Los sistemas digitales pueden procesar, almacenar, y transmitir datos más
eficientemente, pero sólo se pueden asignar valores discretos a cada punto.
SISTEMAS ANALÓGICOS Y DIGITALES
● Muchos sistemas usan una mezcla de electrónica digital y analógica para
aprovechar las ventajas de cada tecnología. Un ejemplo típico es un
reproductor de CD que acepta datos digitales desde una unidad de CD y
luego los convierte a una señal analógica para su amplificación.
CD drive
10110011101
Digital data
Digital-to-analog
converter
Linear amplifier
Analog
reproduction
of music audio
signal
Speaker
Sound
waves
DÍGITOS BINARIOS Y NIVELES LÓGICOS
● La electrónica digital utiliza circuitos que tienen dos
estados, los cuales se representan por niveles de voltaje
diferentes llamados ALTO y BAJO. Los
voltajes
representan números en el sistema binario.
VH(max)
● En binario, un único número se
denomina bit (binary digit). Un bit
puede tener un valor 0 o 1,
dependiendo de si el voltaje es ALTO o
BAJO.
ALTO
VH(min)
Inválido
VL(max)
BAJO
VL(min)
FORMAS DE ONDAS DIGITALES
Las formas de ondas digitales cambian entre los niveles
BAJO y ALTO. Un impulso (también llamado “pulso”) positivo
es aquel que va desde su nivel normalmente BAJO, hasta su
nivel ALTO, y luego otra vez retorna al nivel BAJO. Una
señal digital está compuesta por una serie de impulsos.
HIGH
HIGH
Rising or
leading edge
LOW
Falling or
trailing edge
t0
(a) Positive–going pulse
t1
Falling or
leading edge
LOW
Rising or
trailing edge
t0
(b) Negative–going pulse
t1
DEFINICIONES DE IMPULSO
En la realidad los impulsos no son ideales. Un impulso no
ideal es caracterizado por algunos parámetros: tiempo de
subida (rise time), tiempo de bajada (fall time), amplitud
(amplitude), anchura del impulso (pulse width) y otras
características.
Overshoot
Ringing
Droop
90%
Amplitude
tW
50%
Pulse width
10%
Ringing
Base line
Undershoot
tr
tf
Rise time
Fall time
TREN DE IMPULSOS PERIÓDICO
Un tren de impulsos periódico está compuesto de pulsos que se
repiten a un intervalo de tiempo fijo llamado Periodo. La
frecuencia es la tasa a la que se repiten los impulsos y se mide
en Hertz.
T
f 
1
f
1
T
En los sistemas digitales, todas las señales se sincronizan con una
señal de temporización básica denominada reloj (clock en
inglés). El reloj es un ejemplo de señal periódica.
¿Cuál es el periodo de una onda repetitiva si f = 3.2
GHz ?
T
1
1
 313 ps

f 3.2 GHz
TREN DE IMPULSOS PERIÓDICO
● Además de la frecuencia y el periodo, las señales
periódicas se describen por su amplitud (A), anchura de
impulso (tw) y ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo es el
ratio (en %) entre tw y T.
t
Ciclo de trabajo   w  100%
T 
Volts
Amplitude (A)
Pulse
width
(tW)
Time
Period, T
DIAGRAMAS DE TIEMPO
(CRONOGRAMAS)
Un diagrama de tiempo se utiliza para mostrar la relación temporal
real entre dos o más señales, y cómo varía cada señal en relación con las
demás.
Clock
A
B
C
Un diagrama como este se puede
observar directamente sobre un
analizador lógico.
TRANSFERENCIA DE DATOS
(SERIE Y PARALELO)
Los datos se transfieren de dos formas: SERIE y PARALELO.
1
t0
0
t1
1
t2
1
t3
0
t4
0
t5
1
t6
0
t7
Computer
Modem
1
Computer
Printer
0
1
1
0
0
1
0
t0
t1
OPERACIONES LÓGICAS BÁSICAS
AND
Salida “Verdadera” sólo si todas
las entradas son verdaderas.
OR
Salida “Verdadera” sólo si una o
más entradas son verdaderas.
NOT
Salida opuesta a la entrada.
FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS
Los operadores and, or, y not se pueden combinar para
formar funciones lógicas más complejas. Algunos ejemplos
son:
Comparator
A> B
Función de comparación
A
Two
binary
numbers
Outputs
A= B
B
A< B
Adder
A
Funciones aritméticas básicas
Two
binary
numbers
B
Carry in
Cin
Σ
Cout
Sum
Carry out
FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS
HIGH
Función de codificación
7
4
8
5
9
6
1
0
2
.
3
+/–
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Encoder
Binary code
for 9 used for
storage and/or
computation
Calculator keypad
Decoder
Función de decodificación
Binary input
7-segment display
FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS
Función de selección de datos Multiplicación y
Demultiplexacion de señales digitales
Multiplexer
A
∆t1
B
Demultiplexer
Data from
Ato D
Data from
B to E
Data from
C to F
Data from
Ato D
∆t1
∆t2
∆t3
∆t 1
D
∆t1
E
∆t2
C
∆t2
∆t3
∆t3
Switching
sequence
control input
Switching
sequence
control input
F
FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS
Función de conteo o “contador”
Parallel
output
lines
1
2
3
4
5
Counter
Binary
code
for 1
Binary
code
for 2
Binary
code
for 3
Binary
code
for 4
Input pulses
Sequence of binary codes that
represent the number of input
pulses counted.
… y otras funciones tal como conversión de
código y almacenamiento.
Binary
code
for 5
FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS
Un tipo de función de almacenamiento es el registro de
desplazamiento o (shift register), que mueve y almacena
datos a cada señal de reloj.
Serial bits
on input line
0101
0 0 0 0
010
1 0 0 0
01
0 1 0 0
0
Initially, the register contains onlyinvalid data or all
zeros as shown here.
First bit (1) is shifted serially into the register.
Second bit (0) is shifted serially into register and
first bit is shifted right.
1 0 1 0
Third bit (1) is shifted into register and the first and
second bits are shifted right.
0 1 0 1
Fourth bit (0) is shifted into register and the first,
second, and third bits are shifted right. The register
now stores all four bits and is full.
CIRCUITOS INTEGRADOS
Sección de un encapsulado DIP (Dual-In-line Pins):
Chip
Plastic
case
Pins
La serie TTL, disponible como DIPs son muy populares en
laboratorios de lógica digital.
CIRCUITOS INTEGRADOS
La figura muestra un ejemplo de prototipado en el
laboratorio. El circuito contiene encapsulados DIPs y puede
ser testeado desde el propio dispositivo de pruebas.
DIP chips
En este caso se puede
realizar el test mediante
un computador conectado
al sistema
CIRCUITOS INTEGRADOS
Encapsulados DIP y de montaje superficial SMD.
Pin 1
Dual in-line package
Small outline IC (SOIC)
CIRCUITOS INTEGRADOS
Otros encapsulados de montaje superficial.
End view
SOIC
End view
PLCC
End view
LCCC
INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y
BÚSQUEDA DE AVERÍAS
El panel de control frontal de un osciloscopio de propósito
general se puede dividir en cuatro grupos.
VERTICAL
CH 1
CH 2
HORIZONTAL
TRIGGER
BOTH
SLOPE
Ð
POSITION
POSITION
VOLTS/DIV
VOLTS/DIV
+
LEVEL
POSITION
SEC/DIV
SOURCE
CH 1
CH 2
5V
2 mV
5V
2 mV
COUPLING
COUPLING
AC-DC-GND
AC-DC-GND
5s
5 ns
EXT
LINE
TRIG COUP
DC
DISPLAY
PROBE COMP
5V
INTENSITY
CH 1
CH 2
EXT TRIG
AC
INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y
BÚSQUEDA DE AVERÍAS
Un analizador lógico puede desplegar múltiplescanales de
información digital o mostrar datos de forma tabulada.
INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y
BÚSQUEDA DE AVERÍAS
Un multímetro
realizar tres
básicas.
digital o (DMM) puede
mediciones eléctricas
0.01 V
OFF
V
Hz
V
Voltaje
mV
A
Resistencia
● En trabajo digital, DMMs son útiles para
comprobar el voltaje suministrado por los
dispositivos de potencia,
verificar
resistores, comprobar continuidad, etc.
1s
1s
V
40 m A
Corriente
Range
Autora ng e
Touc h/Hold
Fused
PALABRAS CLAVES
Analógico
Representa valores continuos.
Digital
Relacionado a dígitos o cantidades discretas; son un
conjunto de valores discretos.
Binario
Que tiene dos valores o estados; describe un sistema de
numeración de base 2 y utiliza 1 y 0 como sus dígitos.
Bit
Impulso
Un dígito binario, que puede ser un 1 o un 0.
Un cambio repentino desde un nivel (o estado) a otro,
seguido después de un tiempo (llamado anchura de pulso),
por un cambio repentino al nivel original.
PALABRAS CLAVES
Reloj Una señal de temporización básica en un sistema digital; una
forma de onda periódica utilizada para sincronizar acciones.
Puerta Un circuito lógico que realiza una operación lógica básica tal
como AND o OR.
NOT Una función lógica básica que realiza una inversión.
AND Una operación lógica básica en la que una salida verdadera (ALTO)
ocurre solamente cuando todas las entradas son verdaderas (ALTAS).
OR Una operación lógica básica en la que una salida verdadera (ALTO)
ocurre cuando una o más entradas son verdaderas (ALTO).
BIBLIOGRAFÍA
Libro base: “Fundamentos de Sistemas Digitales”.
Autor: Tomas L. Floyd.
Libro complemento: “Principios de Diseño Digital”.
Autor: Daniel D. Gaski.