Sistemas GRAY (4 Bits) JOHNSON (8 Bits) 0 0 0 0 0 00000000 1 0 0 0 1 00000001 2 0 0 1 1 00000011 3 0 0 1 0 00000111 4 0 1 1 0 00001111 5 0 1 1 1 00011111 6 0 1 0 1 00111111 7 0 1 0

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  • Universidad Tecnolgica de Puebla M.C. Marco A. Ramrez Barrientos Pgina 0

    Universidad Tecnolgica de Puebla

    Sistemas Digitales Manual de asignatura

    Carrera

    Electricidad y Electrnica Industrial

    Programa 2004

  • Contenido

    Horas

    Teora Prctica Total Pgina

    I Introduccin al Diseo Digital 12 2 14 1 II Circuitos Lgicos Combinacionales 14 7 21 10

    III Aplicacin de la Lgica Combinacional 7 14 21 19

    IV Circuitos Secunciales 10 11 21 28

    V Dispositivos Lgicos Programables 4 10 14 40

    VI Proyecto 0 14 14 -

    Anexos (Manual de prcticas) 52

  • Carrera de Electricidad y Electrnica Industrial

    Universidad Tecnolgica de Puebla MC. Marco Antonio Ramrez Barrientos Pgina 1

    I Introduccin

    al Diseo Digital 1.1 INTRODUCCIN.

    Saber en la Teora (12 hrs.)

    Cuando la mayora de nosotros escucha el trmino 'digital' inmediatamente pensamos en una calculadora digital' o 'computadora digital'. Lo anterior probablemente puede atribuirse a la forma tan impresionante en que ahora la persona promedio tiene acceso a poderosas computadoras y calculadoras, a bajo costo. Es importante sealar que ambas representan slo una de las muchas aplicaciones de los circuitos y principios digitales. Los circuitos digitales se emplean en productos electrnicos tales como juegos de video, hornos de microondas y sistemas de control para automviles, as como en equipos de prueba como medidores, generadores y osciloscopios. Adems, las tcnicas digitales han reemplazado muchos de los 'circuitos analgicos' utilizados en productos de consumo como radios, televisores y equipos para grabacin y reproduccin de alta fidelidad. 1.2 CARACTERSTICAS DE LA SEAL ANALGICA Y DIGITAL. 1.2.1 Seal Analgica. El mundo real es fundamentalmente analgico y la mayor parte de las cantidades fsicas son de naturaleza analgica, y a menudo estas cantidades son las entradas y salidas de un sistema que las monitorea, que efecta operaciones con ellas y que las controla. Algunos ejemplos son la temperatura, la presin, la posicin, la velocidad, el nivel de un lquido, la rapidez de flujo y varias ms. Para aprovechar las tcnicas digitales cuando se tienen entradas y salidas analgicas, deben seguirse tres pasos: 1. Convertir las entradas analgicas del 'mundo real" a la forma digital. 2. Procesar (realizar operaciones con) la informacin digital. 3. Convertir las salidas digitales a la forma analgica del mundo real.

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    Universidad Tecnolgica de Puebla MC. Marco Antonio Ramrez Barrientos Pgina 2

    Figura 1.1

    1.2.2 Seal Digital. Las seales digitales basan su funcionamiento en dos estados nicamente, nivel alto (uno lgico) y nivel bajo (cero lgico), aunque la lgica de trabajo puede ser de dos clases que podran definirse como complementarias:

    Positivas: funciona a nivel alto. Negativas: funciona a nivel bajo.

    Figura 1.2

    1.2.3 Sistemas Lgicos digitales. Un sistema digital es una combinacin de dispositivos diseado para manipular cantidades fsicas o informacin que estn representadas en forma digital; es decir, que slo puedan tomar valores discretos. La mayora de las veces, estos dispositivos son electrnicos, pero tambin pueden ser mecnicos, magnticos o neumticos. Los niveles alto y bajo dependern de las tcnicas de construccin con que se fabrican los circuitos integrados que albergan los componentes lgicos digitales. En lgica positiva son:

    TTL ECL MOS 1 5V (2.4 V mnimo) 1 0V 1 15V (5 V mnimo) 0 0V (0.8 V mximo) 0 -5.2V 0 0V (3.5 V mximo)

    Para garantizar la compatibilidad entre los circuitos lgicos por diferentes tecnologas existen integrados adaptadores de nivel, aunque en la actualidad la tecnologa MOS dispone de integrados lgicos totalmente compatibles con los TTL. Se puede establecer una relacin de ventajas e inconvenientes de unas tecnologas frente a otras:

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    TTL y ECL poseen unos mrgenes de tensin mas reducidos, aunque ello exige una mayor estabilizacin en las alimentaciones.

    TTL permite trabajar con corrientes ms elevadas. ECL presenta el inconveniente de necesitar una alimentacin negativa. ECL es la que permite trabajar a mayores velocidades, mientras que MOS es ms lenta. MOS presenta menor consumo de potencia. El costo de los integrados TTL es menor frente a los ECL.

    Los circuitos integrados lgicos pueden ser clasificados de varias formas:

    Por su proceso de fabricacin:

    Monolticos: Todos los componentes son formados en la misma pastilla semiconductora. Peliculares: Los componentes se van formando sobre la superficie de un sustrato aislante (vidrio, cermico). Multilaminares: Los componentes se forman en capas diferentes y son unidos por un sustrato comn. Hbridos: utilizan todas las tcnicas anteriores para formar los componentes.

    Por el tipo de transistor empleado:

    Bipolares: transistores NPN o PNP. MOS: transistores MOS.

    Por su complejidad:

    Pequea escala de integracin: SSI, un mximo de 12 unidades lgicas. Media escala de integracin: MSI, entre 13 y 100 unidades lgicas. Alta escala de integracin: LSI, entre 101 y 1000 unidades lgicas. Muy alta escala de integracin: VLSI, entre 1001 y 1 000 000 de unidades lgicas.

    1.3 CDIGOS DE NUMERACIN. 1.3.1 Sistemas de numeracin. La necesidad de establecer cantidades para poder ponderar magnitudes, contar y operar con ellas, hace que se prevalezcan unos sistemas de numeracin a travs de unos cdigos perfectamente estructurados que facilitaran dichas tareas. El sistema de numeracin mas utilizado en la actualidad es el decimal, el cual se compone de 10 dgitos, del 0 al 9 de forma que al combinarlos se forman diferentes nmeros: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 10, 11, 12, 13,19 20, 21, 22, 23,29

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    .

    . 90, 91, 92, 93,99 100, 101, 102,...109 . . 1000, 1001, 1002,.1009 . . A cada nmero le corresponde un nico cdigo, y para ello se puede establecer una regla para formarlos, donde cada dgito se descompone en un coeficiente, una base y un exponente:

    186680100106108101186 012 =++=++= centenas decenas unidades

    Coeficientes: 1, 8, 6 Base: 10 (decimal) Exponente: corresponde al nmero de orden que ocupa cada coeficiente desde la derecha y empezando por el cero. Otro de los sistemas de numeracin utilizados es el octal, el cual lo componen 8 dgitos (del 0 al 7) y cuya forma de componer sus cdigos es idntica al decimal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 20,.. Se puede establecer una regla para pasar siempre de cualquier cdigo al decimal.

    Para poder pasar de un cdigo de cualquier sistema al correspondiente en decimal, se multiplicara cada coeficiente por la base elevada al exponente que ocupa y posteriormente se sumara todo.

    186828782186 0128 =++=

    De igual forma existe una regla que permite pasar de un cdigo en sistema de decimal a cualquier otro sistema.

    Para pasar de un cdigo en sistema decimal al correspondiente en otro sistema, se procede a dividir sucesivamente el cdigo decimal por la base del nuevo sistema, as hasta que el cociente ya no sea divisible. Entonces se tomara como digito mayor el ltimo cociente y los siguientes dgitos los formaran los restos obtenidos hasta el primero.

    Aplicando esta ltima regla al cdigo anterior:

    El resultado obtenido es: 8272

    186 8 26 23 8 2 7 2

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    1.3.2 Cdigos Binarios. Los sistemas lgicos digitales basan su funcionamiento en dos estados (cero y uno), por tanto ser necesario construir un cdigo basado en dos dgitos que permitan ponderar magnitudes y operar con ellas, en definitiva construir nmeros. Al cdigo ms utilizado se le llama binario natural, el cual toma como base el dos y se codifica de forma:

    .......11

    n

    nn

    n bCbC 0

    01

    12

    23

    3 bCbCbCbC 1 0 1 1, es un numero binario natural de 4 dgitos o bits.

    Bit. unidad bsica de informacin binaria. Siguiendo las reglas para pasar de un sistema cualquiera al decimal y viceversa se obtiene:

    140248202121211110 0123 =+++=+++=

    ........ 1110 Hasta ahora slo se ha visto como se representan cdigos con parte entera, pero en los sistemas de numeracin tambin existe una parte fraccionaria que debe ser codificada. En decimal la parte fraccionaria se representa a la derecha de la parte entera y separada de esta por una coma:

    375,24005.007.03.0,420105107103,104102375,24 32101 =+++=+++= En la parte fraccionaria viene afectada la base por exponentes negativos. En este caso tambin existen reglas para pasar de un sistema a otro.

    Para pasar la parte fraccionaria de un cdigo en sistema decimal a otro cualquiera, se procede a multiplicar dicha parte por la base del sistema al que se va a pasar, tomndose la parte entera obtenida de las sucesivas multiplicaciones hasta que acabe con la parte fracciona