Date post: | 04-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | isabel-solano |
View: | 222 times |
Download: | 0 times |
ELECTRÓNICA DIGITAL 02-‐2015
Profesor: Francisco Huguet [email protected]
Cubículo #11, 2 planta Edificio Jon de Cortina
Instructor: Javier Portillo Peña [email protected]
Descripción
Estudio de los principios básicos y técnicas modernas de los sistemas digitales. Iniciaremos el curso con una introducción a conceptos relativos a los sistemas digitales y seguiremos con el estudio de los sistemas y códigos de numeración. Sistemas combinacionales y secuenciales, la arquitectura de memorias y los convertidores A/D y D/A.
Objetivos
1. Conocer los fundamentos matemáticos que sustentan el funcionamiento y el diseño de sistemas digitales.
2. Conocer las principios del tratamiento de datos al interior de una computadora. 3. Conocer el funcionamiento de circuitos de aplicación usando sistemas secuenciales, así como de los diferentes tipos de memorias y circuitos MSI. 4. Desarrollar la capacidad de aplicar los conocimientos adquiridos en el cuanto al diseño y análisis de circuitos digitales, y al desarrollo de aplicaciones. 5. Experimentar con elementos de base de hardware de computadora.
Contenido
1. Sistemas y Códigos de numeración. Sistema binario, sistema hexadecimal, códigos alfanuméricos. Conversiones entre sistemas.
2. Compuertas lógicas y álgebra booleana. Compuertas lógicas:
AND, OR, NOT, NAND, NOR, EXOR
3. Aplicación del álgebra de Boole en circuitos lógicos. Postulados y teoremas . Simplificación de circuitos. Diseño de circuitos con compuertas NAND y NOR.
4. Mapas de Karnaugh. Características. Reglas de agrupación. Tipos de mapas de Karnaugh. Simplificación gráfica de circuitos. Aplicación en el diseño de circuitos MSI.
5. Circuitos integrados MSI. Decodificadores, codificadores, multiplexores, comparadores, Displays.
Contenido
6. Aritmética Binaria. Sumadores binarios. Restador binario. Sumador algebraico. Unidad aritmética y lógica. Multiplicación binaria. División binaria. Aritmética hexadecimal. Operación BCD. 7. Sistemas secuenciales. Flip-‐Flop. Contadores binarios. Registros de desplazamiento. Contadores síncronos. Contadores asíncronos. Contador de década Up/Down. Registros serie-‐paralello. Contador de rizo. 8. Circuitos de memorias. Tipos de memoria. Arquitectura interna. Decodificador de memoria. Diseño de memorias. Memorias estáticas. Memorias dinámicas. Memorias volátiles. Memorias no volátiles. Memorias programables.
Contenido
9. Arreglos Lógicos Programables PAL. Programación de circuitos lógicos programables. Arquitectura interna. Aplicaciones generales. Diferentes tipos. 10. Circuitos temporizadores. El Timer 555 en operación monoestable. El Timer 555 en operación astable. Aplicaciones con el Timer 555. 11. Convertidores A/D y D/A. Convertidor A/D de Ráfaga. Convertidor A/D de Rampa. Convertidor Digital de Aproximaciones Sucesivas. Carácterísticas de circuitos integrados convertidores A/D y D/A. Sistemas de adquisición de datos.
Metodología
1. Clases expositivas semanales.
2. Consultas: martes y jueves de 9 a.m. a 12 p.m.
3. Discusiones: 2 durante el ciclo (fechas a determinar)
4. Prácticas de laboratorio: 6 prácticas durante el ciclo
5. Investigación personal a través del Proyecto de fin curso.
6. Puesta a disposición de documentación en línea e información bibliográfica.
Laboratorios
15% de la nota final ELECTRÓNICA DIGITAL Lunes 1 :30 – 3 :30 Miércoles 1 :30 – 3 :30 Jueves 1 :30 – 3 :30* Viernes 1 :30 – 3 :30 6 prácticas en total Inscripción a los grupos por medio del Moodle a partir del viernes 14 de agosto Las fechas de las prácticas serán anunciadas por email y Moodle en los próximos días.
Exámenes
60% de la nota final 1er Parcial (25%) , Parcial final (35%) Los parciales serán precedidos de una discusión Fechas serán confirmadas proximamente
Proyecto final
15% de la nota final Implementación de una aplicación utilizando la plataforma Arduino. Los lineamientos del proyecto final serán entregados proximamente 2 entregas: -‐ 1er avance 40% (semana del 2 de noviembre) -‐ Entrega Proyecto terminado 60% (semana del 23 de noviembre)
Hoja de Ejercicios y tareas
10 % de la nota final Una hoja de ejercicios será puesta a disposición en la semana del 5 de octubre. Está llevará el mayor porcentaje de este rubro. Deberá ser entregada resuelta en la semana del 2 de noviembre (fecha exacta a determinar) Eventualmente, se dejarán tareas en clase.
Evaluaciones
Actividad Ponderación Fecha
Primer Parcial 25%
Examen Final 35%
Laboratorios 15%
Proyecto 15%
Tareas 10%
Bibliografía
Tocci, R., Sistemas Digitales, Principios y Aplicaciones, Pearson Educación. México, 2003. Mandado, E., Sistemas Electrónicos Digitales, Marcombo, Barcelona, 2007. Mano, M. Lógica Digital y Diseño de Computadores, Prentice-‐Hall Hispanoamérica, México.
CONCEPTOS INTRODUCTORIOS
REPRESENTACIONES ANALÓGICAS Cantidades se representan por medio de un indicador o medidor que varía proporcionalmente al valor en estudio. Las cantidades analógicas varian gradualmente sobre un intervalo continuo de valores. Por ejemplo, la salida de un micrófono puede tomar valores entre 0 y 10 mV (0.999mV, 5mV, 7.898321mV)
-‐Mecánicos (manómetros, balanzas, termómetros, velocímetros, etc.), -‐Eléctricos (micrófonos, termistores, LDRs, etc.).
REPRESENTACIONES DIGITALES Las magnitudes son representadas mediante símbolos llamados dígitos, y varían en intervalos discretos. Dado que las manifestaciones y fenómenos naturales varían de forma analógica, toda representación digital es el resultado de asignar un número de precisión limitada a una cantidad que varía en forma continua.
REPRESENTACIONES NUMÉRICAS
Sistemas digitales
Ensamble de dispositivos destinados a la generación, transmisión, tratamiento y almacenamiento de cantidades y otro tipo informaciones codificadas en estados discretos (representación digital). Esta característica (la codificación en estados discretos) marca el contraste con los sistemas analógicos, donde la información tratada está representada en forma de magnitudes continuas (representación analógica). Ejemplos: amplificadores de audio, una balanza mecánica, un micrófono, el velocímetro de los automóviles, etc…
SISTEMAS DIGITALES Y ANALÓGICOS
Sistemas digitales
Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos: Sistemas digitales combinacionales: Son aquellos en los que la salida del sistema sólo depende de las entrada presentes. No necesita módulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas previas. Sistemas digitales secuenciales: La salida depende de la entrada actual y de las entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la información de la ’historia pasada' del sistema.
VENTAJAS DE LAS TÉCNICAS DIGITALES -‐ Generalmente los sistemas digitales son más fáciles de diseñar.
-‐ Almacenamiento de información en espacios físicos pequeños y durante el tiempo que sea necesario.
-‐ Precisión y exactitud en el tratamiento de la información.
-‐ Extensión y practicidad de las posibilidades de codage de la información.
-‐ Tratamiento de la información puede programarse.
-‐ Circuitos digitales son más resistentes al ruido.
-‐ Pueden fabricarse más circuitos digitales en chips de CI.
DESVENTAJAS DE LAS TÉCNICAS DIGITALES
El mundo real es analógico Para la interacción entre los sistemas digitales y el mundo real se requiere la implementación de dispositivos de conversión de analógico/digital (entradas del sistema) y de digital/analógico (salidas del sistema).
Estos procesos de conversión y el tratamiento de la información implican una desfase del sistema con respecto al mundo exterior.
DESVENTAJAS DE LAS TÉCNICAS DIGITALES ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
1. Conversión de la variable física en señal eléctrica analógica
2. Digitalización de la señal eléctrica
3. Procesamiento de la información codificada
4. Conversión de la información de salida del sistema digital en su forma analógica
SISTEMAS NUMÉRICOS
La tecnología digital utilizan muchos sistemas numéricos. Entre los más corrientes tenemos el decimal, el binario, el octal y el hexadecimal.
Cada uno de estos sistemas está caracterizado por el número de símbolos o digitos utilizados para expresar cantidades.
Son sistemas de valor posicional (el valor de un dígito depende de su posición) : Cualquier cantidad puede expresarse por medio de la suma de los productos del valor de cada dígito y su valor posicional.
SISTEMAS NUMÉRICOS
SISTEMA DECIMAL
-‐ 10 dígitos (0, 1, 2, 3…8, 9)
-‐ Posiciones a la izquierda del punto decimal son potencias positiva. Posiciones a la derecha son negativas.
-‐ Una serie de N dígitos puede expresar 10N cantidades. La cantidad mayor será igual a 10N -‐ 1
SISTEMAS NUMÉRICOS
CONTEO DECIMAL
-‐ Orden secuencia 0 1 2 3…9
-‐ Incremento a cada paso del conteo para la posición de las unidades (100), a cada 10 pasos para la posición 101, cada 100 pasos para la posición 102, etc…
SISTEMAS NUMÉRICOS
SISTEMA NUMÉRICO DECIMAL Y SISTEMAS DIGITALES
Poco conveniente para la implementación de sistemas digitales: Requiere el diseño de equipo eléctrónico capaz de trabajar con 10 niveles de voltaje distintos.
SISTEMAS NUMÉRICOS
SISTEMA BINARIO
-‐ 2 dígitos (0, 1)
-‐ Posiciones a la izquierda del punto decimal son potencias positivas de 2. Posiciones a la derecha son negativas .
-‐ Una serie de N dígitos puede expresar 2N cant idades. La cantidad mayor será igual a 2N – 1.
SISTEMAS NUMÉRICOS
CONTEO BINARIO
-‐ Alternancia de 0 y 1
-‐ Alternancia a cada paso del conteo para 20, cada 2 pasos para la posición 21, cada 4 pasos para la posición 22, etc…
SISTEMAS NUMÉRICOS
SISTEMA BINARIO Y SISTEMAS DIGITALES Conveniente para la implementación de sistemas electrónicos digitales simples y precisos : solo se necesitan 2 niveles de voltaje.
Es necesario representar las cantidades binarias a los usuarios por medio otros sistemas numéricos más prácticos y comunes (decimal, hexadecimal).
Bit à digito binario
Las cantidades binarias pueden representarse por medio de cualquier dispositivo que solamente tenga dos estados de operación o posibles condiciones.
REPRESENTACIÓN DE CANTIDADES BINARIAS
REPRESENTACIÓN BINARIA EN
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DIGITALES
0 y 1 son epresentados por intérvalos de voltaje (y no por valores nominales debido a las variaciones de voltaje).
En los sistemas digitales el valor exacto no es importante (a d i fe renc ia de los s i temas analógicos).
A la representación de las variaciones de una señal d i g i t a l s e l e l l a m a Diagrama de tiempo.
E s c a l a d e t i e m p o horizontal está graduada por intévalos de tiempo regulares (t0, t1…t5 en la gráfica)
SEÑALES DIGITALES Y DIAGRAMAS DE TIEMPO
CIRCUITOS DIGITALES
La forma en que un circuito digital responde a sus entradas se conoce como lógica del circuito.
Los circuitos digitales están diseñados para recibir entradas y producir salidas dentro de los intervalos de voltaje prescritos para la representación de 0 y 1.
Cada tipo de circuito digital obedece a cierto conjunto de reglas lógicas que ponen en relación las entradas del circuito y determinan sus salida.
TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN Una de las operaciones más comunes que se presentan en cualquier sistema digital es la transmisión de información de un lugar a otro.
La información puede transmitirse a una distancia mínima de algunos milímetros sobre la tarjeta de circuito, o a varios kilómetros entre computadoras en distintas ciudades, por ejemplo.
La información que se transmite se encuentra en forma binaria.
Existen 2 metodos básicos para la transmisión de información digital: en paralelo y en serie.
TRANSMISIÓN PARALELA Y SERIAL
MEMORIA
Memoria es la propiedad de un dispositivo de mantener a su salida el valor de su respuesta lógica a las entradas, aún cuando estas hayan sido retiradas.
COMPUTADORAS DIGITALES
Una computadora es un sistema de hardware que acepta entrada de datos, realiza operaciones aritméticas, almacena y manipula información, y toma decisiones determinadas por programas.
Los programas se colocan en la unidad de memoria de la computadora, codificados en binario. Cada instrucción tiene un código único.
PARTES DE LA COMPUTADORA