tema 3 electrónica digital

ELECTRÓNICA DIGITAL

tema 3 tecnología 4º ESO

1. Electrónica analógica y electrónica digital

La electrónica analógica trabaja con magnitudes o señales analógicas. Las señales o magnitudes analógicas son aquellas cuyos valores cambian de forma continua a lo largo del tiempo.

La electrónica digital, en cambio, trabaja con señales digitales. Las señales digitales son señales cuyos valores se representan con variables discretas en vez de continuas, es decir, variables que no varían de forma continua y pueden tomar un número finito de valores.

Las señales digitales con las que trabajan los circuitos de electrónica digital son señales digitales binarias, puesto que solamente alcanzan dos valores de tensión o de corriente eléctrica: un valor alto (representado por un 1) y un valor bajo (representado por un 0).

Podemos transformar las señales analógicas en digitales y viceversa mediante unos dispositivos llamados convertidor analógico-digital y convertidor digital-analógico. Un convertidor analógico-digital funciona de la siguiente manera: cada cierto tiempo se miden los valores de la señal analógica y a cada valor se le asigna una cifra digital. Entonces la señal analógica se convierte en una sucesión de ceros y unos, es decir, en una señal digital

Una vez recibida la señal digital, se puede volver a transformar en señal analógica mediante un convertidor digital-analógico;

2. Sistemas de numeraciónLos sistemas de numeración son los distintos conjuntos de símbolos capaces de representar la información numérica. Cada uno de ellos hace referencia a la base del sistema de numeración, que corresponde a la cantidad de dígitos (símbolos distintos) que se utilizan para representar todos los números.

a) Sistema de numeración decimal: El sistema decimal es un sistema de numeración de base 10. Con diez dígitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9) se puede representar cualquier número. Un número representado en sistema decimal está formado por una sucesión de dígitos cuyo valor depende de la posición que ocupen. Por ejemplo, si hacemos el desarrollo polinómico del número 358, obtenemos: 358 = 3·100 + 5·10 + 8·1 = 3·102 + 5·101 + 8·100 Cada cifra, según la posición que ocupa, está multiplicada por la base (10) elevada a un exponente; los valores del exponente disminuyen de uno en uno, de izquierda a derecha, hasta acabar en 0.

b) Sistema de numeración binario El sistema binario es un sistema de numeración de base 2. Cuenta con dos dígitos (0 y 1), llamados bits, para representar cualquier número. Un ejemplo de número representado en binario es el 1111000101. Los circuitos digitales trabajan con dos niveles de tensión: nivel alto (1) y nivel bajo (0).

Conversión de un número binario en su equivalente decimal:

Conversión de un número decimal en su equivalente binario Para convertir un número decimal en binario podemos utilizar dos métodos: 1.- Colocar en una tabla todas las potencias e ir sumándolas de izquierda a derecha hasta que la suma dé el número en decimal (sin pasarnos; si nos pasamos, ponemos un 0 en esa potencia).

2.- Realizar divisiones sucesivas por la base binaria 2. Guardamos el resto de cada una de ellas (el resto es el bit menos significativo) y continuamos dividiendo el cociente obtenido entre 2 hasta obtener un cociente menor que 2 (éste será el bit más significativo).

3. TABLA DE VERDAD La tabla de verdad de un circuito digital es una tabla en la que se representan todos los estados en que pueden encontrarse las entradas así como las salidas. En electrónica digital trabajamos sólo con señales binarias. Si observamos el siguiente circuito eléctrico, podemos ver que su tabla de verdad es la que aparece al lado. Es decir, dependiendo de qué interruptor y cuantos se cierren (entradas), se encenderá la bombilla (salida) o no.

4. FUNCIÓN LÓGICA DE UN CIRCUITO Es una expresión matemática que nos relaciona las salidas con las entradas y, a partir de ellas, podemos deducir como montar el circuito. Esta función se puede obtener de la tabla de verdad (función canónica). Por ejemplo, una función lógica puede ser la siguiente: Por muy complicada que sea una función lógica siempre podrá expresarse como una suma de productos de sus variables, negadas o no (las negadas llevan una rayita encima y corres- ponden a los ceros). Sólo se eligen los términos en que S corresponde a un 1. Por ejemplo en la tabla de verdad del circuito anterior la función lógica es:

5. ÁLGEBRA DE BOOLE Este algebra está pensada para trabajar con sistemas binarios como es el caso de los sistemas informáticos. El éxito de este álgebra es que: 1 – Muchos problemas tecnológicos pueden traducirse del sistema decimal al lenguaje binario. 2 – Podemos identificar 0 y 1 con dos estados físicos diferentes. Por ejemplo, un interruptor abierto (0) y un interruptor cerrado (1), una bombilla apagada (0) y una encendida (1), etc. 3 – La operaciones booleanas de suma, multiplicación y negación se pueden hacer físicamente con circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos, etc.

Las operaciones lógicas básicas que podemos hacer son: suma, producto y complemento o negación.

6. Puertas lógicas Las puertas lógicas son circuitos electrónicos digitales, integrados en un chip, que realizan las operaciones lógicas básicas: suma lógica, producto lógico y negación. Por dentro están compuestas fundamentalmente por combinaciones de transistores y resistencias. Cada circuito integrado contiene varias puertas de un mismo tipo. Distintos tipos de puertas lógicas conectados adecuadamente entre sí forman los circuitos lógicos de control, a través de los cuales se genera una función lógica

1.- Puerta lógica OR La puerta lógica OR es una puerta formada por dos o más entradas y una salida y es el circuito lógico que realiza la función lógica OR o suma lógica (+).

2.- Puerta lógica AND La puerta lógica AND consta de dos o más entradas y una salida y realiza la función lógica AND o producto lógico (·).

3.- Puerta lógica NOT La puerta lógica NOT está formada por una entrada y una salida y es el circuito lógico que realiza la función lógica complemento o negación.

4.- Puerta lógica NOR La puerta lógica NOR es una combinación de las puertas OR y NOT. Realiza la función inversa de la puerta OR

5.- Puerta lógica NAND La puerta lógica NAND es una combinación de las puertas AND y NOT. Realiza la función inversa de la puerta AND

7.- Diseño de un circuito lógico con puertas lógicas Para resolver un problema de electrónica digital tenemos que seguir una serie de pasos: 1. Identificar las entradas y salidas: en los enunciados se dan las condiciones a partir de las cúales identificaremos las entradas y salidas 2. Crear la tabla de verdad a partir de del enunciado 3. Obtener la función lógica a partir de la tabla de verdad. Se obtiene directamente a partir de la tabla de verdad sumando todos los productos lógicos correspondientes a las salidas que dan una salida igual a 1

4. Diseñar el circuito empleando puertas lógicas a partir de la función: a. Para ello se dibujarán tantos terminales lógicos de entrada (inputs) como variables de las que dependa la función (tres en nuestro ejemplo). Estos terminales deberían incluir, en caso necesario) sus valores negados utilizando puertas NOT. b. A continuación conectamos las variables de cada término con puertas AND. Si sólo hay dos entradas se usará una sola puerta, si hay tres o más se irán añadiendo puertas. c. Seguidamente, conectaremos las salidas de las últimas puertas AND a puertas OR (suma) . De esa manera conseguiremos implemen tar las operaciones correspondientes.