ELECTRNICA Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Introduccin a los conceptos digitalesanalgicos.Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Objetivo GeneralConocer y construir circuitos combinacionales y secuencialesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Introduccin a los conceptos bsicos de la electrnica

Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Los circuitos electrnicos se pueden dividir en:Digitales:Seal que utiliza valores discretos en lugar de un espectro continuo de valores.Analgicos o anlogosLa electrnica digital utiliza magnitudes con valores discretosLa electrnica analgica emplea magnitudes con valores contnuos.

La mayora de las cosas que se pueden medir cuantitativamente, aparecen en la naturaleza en forma analgica. (Temperatura, tiempo, presin, distancia, sonido)Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Sistema electrnico analgicoIntroduccin a los conceptos digitalesOndas sonorasreproducidasIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Analgico El trmino Analgico puede referirse a:la seal cuya magnitud se representa mediante variables continuas; el circuito electrnico que trabaja con valores continuos; el ordenador que utiliza fenmenos electrnicos o mecnicos para modelar el problema a resolver utilizando un tipo de cantidad fsica para representar otra.Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Seal analgica Una seal analgica es aquella funcin matemtica continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de informacin) en funcin del tiempo. Algunas magnitudes fsicas comnmente portadoras de una seal de este tipo son elctricas como la intensidad, la tensin y la potencia, pero tambin pueden ser hidrulicas como la presin, trmicas como la temperatura, mecnicas, etc. La magnitud tambin puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o prdidas de un negocio Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Seal analgicaIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Desventajas en trminos electrnicos Las seales de cualquier circuito o comunicacin electrnica son susceptibles de ser variadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida.La gran desventaja respecto a las seales digitales, es que en las seales analgicas, cualquier variacin en la informacin es de difcil recuperacin, y esta prdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analgico.Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

EjemploLa electrnica digital considera valores discretos de tensin, corriente o cualquier otra medida; esto es valores concretos determinados, mientras que la electrnica analgica considera y trabaja con valores continuos de estas variables; pudiendo tomar infinitos valores (tericamente al menos).Pongamos un ejemplo:Disponemos de una medida real concreta; la longitud total de un vehiculo, por ejemplo.En un sistema digital esta medida podra ser de 4 metros o de 4 metros y 23 centmetros. Podremos darle la precisin que queramos pero siempre sern cantidades enterasIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Conversin de una sealIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Sistema digital y analgicoIntroduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Ventajas de las magnitudes digitales

Los datos digitales se pueden procesar y transmitir de forma ms eficiente y confiableLos datos se pueden almacenar de manera ms compacta (Ej.: msica)El ruido las afecta menos que a las seales analgicasIntroduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Seal digitalIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Dgitos binarios

El sistema binario tiene dos dgitos: 0 y 1

La contraccin de Binary Digit bit

En los circuitos digitales se emplean dos niveles de tensin para representar los bitsUn 1Nivel de tensin ms elevado (Alto)Un 0Nivel ms bajo de tensin (Bajo)Este convenio se llama lgica positiva

Las combinaciones de 1s y 0s (cdigos) se usan para representar nmeros, smbolos, instrucciones, etc.Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Niveles lgicosLas tensiones que se utilizan para representar los 1s y 0s reciben el nombre de niveles lgicos.

Un nivel alto puede ser cualquier tensin entre un mximo y un mnimo especificados, al igual que un nivel bajo.

No puede existir solapamiento entre ambos niveles.Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Introduccin a los conceptos digitalesPulsos o ImpulsosBajo (L)Un impulso posee dos flancos:Flanco anterior que se produce en el instante t0Flanco posterior que se produce en el instante t1Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Formas de onda digitales

Las seales digitales consisten en niveles de tensin que varan entre los niveles alto y bajo.

Un impulso positivo se genera cuando la tensin pasa del nivel bajo al alto y luego otra vez retoma el nivel bajo.

El impulso negativo se genera cuando la tensin pasa de su nivel alto hasta el bajo, y vuelve otra vez al alto.Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Trenes de impulsos

Una serie de impulsos se llama tren de impulsos y se clasifican en:PeridicosNo peridicosUn tren de impulsos peridico es aquel que se repite a intervalos de tiempo fijos (Perodo)La Frecuencia es la velocidad a la que se repite y se mide en Hertzios (Hz) o ciclos por segundo.F = 1/T ; T = PerodoIntroduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Ciclo de trabajo

Razn entre el ancho del impulso (tw) y el perodo (T)Ciclo de trabajo = (tw / T) * 100%

Ejercicio: Para la seal digital peridica representada en la figura, determinar:(a) perodo; (b) frecuencia; (c) ciclo de trabajo

Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Solucin:

T = 10 ms f = 1 / T = 1 / 10 ms = 100 Hz Ciclo de trabajo = (tw / T)*100% = (1 ms / 10 ms)*100% = 10%Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

El relojEn los sistemas digitales, las seales se sincronizan con la seal de temporizacin bsica denominada reloj. El reloj es una seal peridica en la que cada intervalo entre impulsos (perodo) equivale a la duracin de un bit.Introduccin a los conceptos digitalesSecuencia de bits que representa la seal AEjemplo de una seal de reloj sincronizada con una seal AIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Transferencia de datos

DATOS son grupos de bits que transportan algn tipo de informacinUn dato es la unidad o cantidad minima de informacin no elaborada, sin sentido en s misma, pero que convenientemente tratada se puede utilizar en la realizacin de clculos o toma de decisiones. Es de empleo muy comn en el mbito informtico.

En los sistemas informticos, los datos binarios se transmiten en serie o en paraleloTransferencia en serie de datos binarios de una computadora a un mdem (modulador-demodulador)Introduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Transferencia de datosIntroduccin a los conceptos digitales1t0 t1(b) Transferencia en paralelo de datos binarios desde una computadora a una impresoraVentaja serie sobre paralelo: 1 lneaVentaja paralelo sobre serie: tiempoIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Operaciones lgicas bsicas

El trmino lgico se aplica a los circuitos digitales que se usan para implementar funciones lgicas.(Proviene del latn functo que significa acto de realizar; lgica, es la disciplina que estudia la estructura, fundamento y uso de las expresiones del conocimiento humano). Existen diferentes tipos de circuitos lgicos (obedecen a las leyes del lgebra de Boole, entre las cuales se define los operadores AND, OR y NOT y tiene slo dos elementos: 0 y 1) que son los elementos bsicos que constituyen los bloques sobre los que se construyen sistemas digitales ms complejos, como una computadora.

Introduccin a los conceptos digitalesNOTANDORIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

La operacin NOT cambia de un nivel lgico dado al nivel lgico opuesto. La salida no es la misma que la entradaSe implementa mediante un circuito lgico conocido como INVERSOR o PUERTA NOTIntroduccin a los conceptos digitalesALTO(1)ALTO(1)BAJO(0)BAJO(0)Puerta NOTIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

La operacin AND genera un nivel ALTO en la salida si y slo si todas las entradas estn a nivel ALTOCuando cualquiera de las entradas est a nivel BAJO, la salida es un nivel BAJOSe implementa mediante un circuito lgico conocido como PUERTA ANDIntroduccin a los conceptos digitalesALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)Puerta ANDIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

La operacin OR genera un nivel ALTO de salida cuando cualquiera de sus entradas est a un nivel ALTOCuando una de las entradas o ambas estn a un nivel ALTO, la salida se pone a nivel ALTOCuando ambas estn a nivel BAJO, la salida se pone a nivel BAJOSe implemente mediante un circuito lgico de nominado PUERTA ORIntroduccin a los conceptos digitalesALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)ALTO(1)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)BAJO(0)Puerta ORIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Funciones lgicas bsicas

Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

FuncinCircuito lgicoComparacinComparadorAritmticasSumaSumadorRestaRestadorMultiplicacinMultiplicadorDivisinSumador + otros circuitosConversin de cdigoCodificacinCodificadorDecodificacinDecodificadorSeleccin datosMultiplexor, demultiplexorAlmacenamientoFlip-Flop, registrosRecuentoContador

Seleccin de datos

Multiplexor, circuito lgico que pasa los datos digitales procedentes de varias lneas de entrada a una nica lnea de salida, segn una secuencia de tiempos especfica.

Demultiplexor, circuito que pasa los datos digitales procedentes de una lnea de entrada a varias lneas de salida, segn una determinada secuencia de tiempo.Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Almacenamiento

La mayora de los sistemas digitales requieren la funcin de almacenamiento para mantener los datos binarios durante un perodo de tiempo.Algunos dispositivos se usan para almacenamiento temporal y otros para almacenamiento permanente.Flip-Flop

RegistrosDe desplazamiento (serie, paralelo)Memorias semiconductoras (ROM, RAM)Memorias magnticas (Discos duros, disquetes,...)Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Circuitos digitales integrados

Un C.I. Monoltico es un circuito electrnico construido enteramente sobre un pequeo chip de silicioSus componentes son transistores, diodos, resistencias y condensadores y son parte integrante de un solo chipLos terminales del chip se conectan a los pines del ancapsulado para permitir las conexiones de entrada y salidaIntroduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Encapsulados

Los encapsulados se clasifican segn la forma en que se montan sobre las tarjetas de circuito impreso (PCB)De insercinDIP (dual in-line package)

Montaje superficialSMT (surface-mount technology)SOIC (small-outline IC)PLCC (plastic leaded chip carrier)LCCC (leadless ceramic chipm carrier)FP (flat-pack)SSOP (shrink small-outline package)TSSOP (thin shrink small-outline package)TVSOP (thin very small-outline package)

Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Clasificacin de los CI segn su complejidad

SSI, Small-Scale Integration, hasta 12 puertas equivalentes en un nico chip, e incluyen puertas bsicas y flip-flops.MSI, Medium-Scale Integration, de 12 a 99 puertas equivalentes en un nico chip. Incluyen codificadores, decodificadores, contadores, registros, multiplexores, circuitos aritmticos, pequeas memorias y otrosLSI, Large-Scale Integration, entre 100 a 9.999 puertas equivalentes por chip, incluyendo memoriasVLSI, Very Large-Scale Integration, desde 10.000 hasta 99.999 puertas equivalentes por chipULSI, Ultra Large-Scale Integration, describe memorias de gran capacidad, grandes microprocesadores y potentes computadoras en un nico chip. Contienen mas de 100.000 puertas equivalentes por chip.Introduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados

Tecnologas de CI

Transistores bipolaresTTL (Transistor-Transistor Logic)ECL (Emitter-Coupled Logic)

MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)CMOS (Complementary MOS)NMOS (n-channel MOS)

Generalmente los circuitos SSI y MSI estn disponibles en TTL y CMOS y los circuitos LSI, VLSI y ULSI en CMOS o NMOSIntroduccin a los conceptos digitalesIntroduccin a los Sistemas electrnicos automatizados