SISTEMAS ANALOGO DIGITALES

Tema 1: Introducción al PROCESAMIENTO

Luis David Narváez

●

●

INTRODUCCIÓN

● El término digital se deriva de la forma en que las computadoras

realizan las operaciones contando dígitos.

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.

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.

1

100

A .M.

95

90

85

80

75

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P.M.

Temperature

(°F)

70

Time of day

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.

● 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

Digital data

CD drive

10110011101

Analog

reproduction

of music audio

signalSpeaker

Sound

waves

Digital-to-analog

converterLinear amplifier

● 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.

DÍGITOS BINARIOS Y NIVELES LÓGICOS

ALTO

BAJO

VH(max)

VH(min)

VL(max)

VL(min)

Inválido

● 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.

● 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.

Falling orleading edge

(b) Negative–going pulse

HIGH

Rising ortrailing edge

LOW

(a) Positive–going pulse

HIGH

Rising orleading edge

Falling ortrailing edge

LOWt0

t1

t0

t1

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.

● 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.

90%

50%

10%

Base line

Pulse width

Rise time Fall time

Amplitude tW

tr tf

Undershoot

Ringing

Overshoot

Ringing

Droop

DEFINICIONES DE IMPULSO

Tf

1

fT

1

● 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 ?

GHz 2.3

11

fT 313 ps

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.

● 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.

Volts

Time

Amplitude (A)

Pulse

width

(tW)

Period, T

%100

T

ttrabajodeCiclo w

TREN DE IMPULSOS PERIÓDICO

DIAGRAMAS DE TIEMPO (CRONOGRAMAS)

Clock

A

B

C

Un diagrama como este se puede

observar directamente sobre un

analizador lógico.

● 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.

TRANSFERENCIA DE DATOS (SERIE Y PARALELO)

Computer Modem

1 0 1 1 0 0 1 0

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Computer Printer

0

t0 t1

1

0

0

1

1

0

1

● Los datos se transfieren de dos formas: SERIE y PARALELO.

Salida “Verdadera” sólo si todas

las entradas son verdaderas.

Salida “Verdadera” sólo si una o

más entradas son verdaderas.

Salida opuesta a la entrada.

OPERACIONES LÓGICAS BÁSICAS

Función de comparación

Funciones aritméticas básicas

Adder

Twobinarynumbers

Carry out

A

BCout

CinCarry in

SumΣ

Twobinarynumbers

Outputs

A

BA < B

A = B

A > B

Comparator

FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS

● Los operadores and, or, y not se pueden combinar para formar

funciones lógicas más complejas. Algunos ejemplos son:

Función de codificación

Función de decodificación

Decoder

7-segment display

Encoder9

8 9

4 5 6

1 2 3

0 . +/–

7

Calculator keypad

876543210

HIGH

FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS

Binary codefor 9 used forstorage and/orcomputation

Binary input

MultiplexerA

B

C

∆t2

∆t3

∆t1

∆t2

∆t3

∆t1

DemultiplexerD

E

F

Data from A to D

Data fromB to E

Data fromC to F

Data fromA to D

∆t1 ∆t2 ∆t3 ∆t1

Función de selección de datos

FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS

Switchingsequence

Switchingsequence

control inputcontrol input

… y otras funciones tal como conversión de

código y almacenamiento.

Counter Parallel

output lines Binary

code

for 1

Binary

code

for 2

Binary

code

for 3

Binary

code

for 4

Binary

code

for 5

Sequence of binary codes that represent

the number of input pulses counted.

2 3 4 5

FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS

Función de conteo o “contador”

1

Input pulses

0 0 0 00101Initially, the register contains only invaliddata or all zeros as shown here.

1 0 0 0010First bit (1) is shifted serially into theregister.

0 1 0 001Second bit (0) is shifted serially intoregister and first bit is shifted right.

1 0 1 00Third bit (1) is shifted into register andthe first and second bits are shifted right.

0 1 0 1Fourth bit (0) is shifted into register andthe first, second, and third bits are shiftedright. The register now stores all four bitsand is full.

Serial bitson input line

● Un tipo de función de almacenamiento es el registro de desplazamiento o

(shift register), que mueve y almacena datos a cada señal de reloj.

FUNCIONES DE SISTEMAS BÁSICOS

● Sección de un encapsulado DIP (Dual-In-line Pins):

Plasticcase

Pins

Chip

La serie TTL, disponible como DIPs son muy

populares en laboratorios de lógica digital.

CIRCUITOS INTEGRADOS

● En este caso, el test

también se puede hacer

mediante un computador

conectado al sistema.

DIP chips

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.

● Encapsulados DIP y de montaje superficial.

Pin 1

Dual in-line package Small outline IC (SOIC)

CIRCUITOS INTEGRADOS

● Otros encapsulados de montaje superficial.

SOIC PLCC LCCC

End viewEnd viewEnd view

CIRCUITOS INTEGRADOS

● El panel de control frontal de un osciloscopio de propósito general se puede

dividir en cuatro grupos.

HORIZONTALVERTICAL TRIGGER

5 s 5 ns

POSITION

CH 1 CH 2 EXT TRIG

AC-DC-GND

5 V 2 mV

VOLTS/DIV

COUPLING

CH 1 CH 2 BOTH

POSITION

AC-DC-GND

5 V 2 mV

VOLTS/DIV

COUPLING

SEC/DIV

POSITION

SLOPE

Ð +

LEVEL

SOURCE

CH 1

CH 2

EXT

LINE

TRIG COUP

DC AC

DISPLAY

INTENSITY

PROBE COMP5 V

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BÚSQUEDA DE AVERÍAS

● Un analizador lógico puede desplegar múltiples canales de información

digital o mostrar datos de forma tabulada.

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BÚSQUEDA DE AVERÍAS

● Un multímetro digital o (DMM) puede

realizar tres mediciones eléctricas

básicas.

V

1 s

1 s

40 mA

10 A

COM

Range

Autorange

Touch/Hold

Fused

OFF V

V

Hz

mV

A

0.01 V

● En trabajo digital, DMMs son útiles para comprobar el

voltaje suministrado por los dispositivos de potencia,

verificar resistores, comprobar continuidad, etc.

Voltaje

Resistencia

Corriente

INSTRUMENTOS PARA PRUEBAS Y BÚSQUEDA DE AVERÍAS

PALABRAS CLAVES

Analógico

Digital

Binario

Bit

Impulso

Representa valores continuos.

Relacionado a dígitos o cantidades discretas; son un

conjunto de valores discretos.

Que tiene dos valores o estados; describe un sistema de

numeración de base 2 y utiliza 1 y 0 como sus dígitos.

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

Puerta

NOT

AND

OR

Una señal de temporización básica en un sistema digital; una

forma de onda periódica utilizada para sincronizar acciones.

Un circuito lógico que realiza una operación lógica básica tal

como AND o OR.

Una función lógica básica que realiza una inversión.

Una operación lógica básica en la que una salida verdadera (ALTO)

ocurre solamente cuando todas las entradas son verdaderas (ALTAS).

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.