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Introducción

Electrónica Digital

Electrónica Básica

José Ramón Sendra SendraDpto. de Ingeniería Electrónica y AutomáticaULPGC

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INTRODUCCIÓN Estructura típica de un sistema digital

Analog A/D D/A AnalogTDS

•Nuestro mundo en una aproximación clásica se comporta de forma analógica, es decir, las señales evolucionan de forma continua.

•El procesado analógico de dichas señales resulta complicado

Solución:Convertir la señal a digital y procesarla en ese formato

Sensor Actuador

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ANALÓGICO VS DIGITAL

¿Cómo se digitaliza una señal?

Señal analógica

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Inicialmente realizamos el muestreo de la señal.

ANALÓGICO VS DIGITAL

En cada punto recogemos el valor de la señal. Este proceso permite recuperar la señal sin ninguna deformación.

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ANALÓGICO VS DIGITALDiscretizamos los valores resultantes del muestreo de la señal

y codificamos el resultado, transformándolo en un código binario

t

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ANALÓGICO VS DIGITAL

Inconvenientes

1. Perdida de calidad

2. Incremento de la frecuencia de la señal F=f·N

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1. Reproducibilidad de resultados. Mayor inmunidad a factores externos. Por ejemplo: temperatura, humedad, ruido.

ANALÓGICO VS DIGITAL

Ventajas del mundo digital

Analógico Digital

Señal+ruido

Señal+ruido

Nivel alto

Nivel bajo

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ANALÓGICO VS DIGITAL

Ventajas del mundo digital

2. Simplicidad de diseño. Las tolerancias en los componentes y los efectos parásitos(resistencias, condensadores , diodos) tienen menor importancia.

El diseño se realiza de forma lógica.

V

R

R

1

2 OUT

( ) ( ) ( )V R RR R R R

V VOUT IN IN=+

+ + ++2 2

2 2 1 1

∆∆ ∆

ƥ

Tolerancias

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ANALÓGICO VS DIGITALVentajas del mundo digital

3. Flexibilidad. La gama de problemas abordables es mucho mayor .

Ejemplo:

Multiplicación de dos registros Amplificación de una señal

Problemas idénticos en electrónicadigital

Permite tratar problemas inicialmente distintos de igual forma

Ejemplo:

Ordenador Inclusión de retardos en una señal sin introducir deformación Ordenación de señales de mayor a menor por tensión pico-pico

Irresolubles enelectrónicaanalógica

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4. Posibilidad de programación. Mediante circuitos programables (PLD) se puede diseñar y corregir una aplicación fácilmente lo cual acelera el proceso de desarrollo de un producto.

5. Velocidad

6. Precio. Un producto de tirada masiva alcanza precios muy atractivos

ANALÓGICO VS DIGITAL

Ventajas del mundo digital

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SISTEMAS BINARIOSLa electrónica digital está basada en la lógica binaria la cual se basa a su vez en elÁlgebra de Boole.

Un Álgebra consta de:

Variables: X, Y, Z, A, B, ...

0 → 0 Voltios → no hay corriente → falso1 → 5 Voltios → hay corriente → verdadero

Valores0Alta Impedancia

Operaciones: Negación (NOT), Y (AND), O (OR)

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0 0 1 1

X Y X AND Y

0 1 0 1

0 0 0 1

X Y X OR Y

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

X NOT X 0 1

1 0

Valores

VariablesOperaciones

SISTEMAS BINARIOS

Ejemplos:

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Ejemplo

Si la puerta está abierta y el coche está en marchaentonces podemos salir del garaje

Puerta abierta Coche en marcha Podemos salirfalso/0 falso/0 falso/0falso/0 cierto/1 falso/0cierto/1 falso/0 falso/0cierto/1 cierto/1 cierto/1

Para salir del garaje se necesita que ocurran dos cosas: que la puerta está abierta y que el coche esté en marcha

SISTEMAS BINARIOS

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Distintas representaciones de un diseño digital

Representación algebraica F X Y Z= +• ( )

Y OTabla de verdad

X Y Z F0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 11 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 0

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Distintas representaciones de un diseño digital.Sumador completo. Modelo de puertas lógicas

A

B

Cin

SUM

Cout

InversorPuertaAND Puerta

OR

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Distintas representaciones de un diseño digitalSumador sin acarreo. Modelo de diagrama de tiempos

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Distintas representaciones de un diseño digital

Sumador completo. Modelo de bloques

Suma

Cout

A

B

Cin

A

B

Suma

Acarr. MS

A

B

Suma

Acarr. MS

Sum

Cout

A

B

Cin

A

Cin

Sum

Cout

B SC

Sumador completo realizado como circuito compuesto de dos sumadores sin acarreo

Sumador completo con un solo bloque

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Distintas representaciones de un diseño digitalSumador sin acarreo. Modelo de comportamiento descrito en VHDL

-- ***** modelo de un inversor *****-- external portsENTITY inverter_gate; PORT (a: IN BIT; z: OUT BIT);END inverter_gate;

-- internal behaviorARCHITECTURE behavioral OF inverter_gate ISBEGIN z <= NOT a AFTER 10 ns;END behavioral;

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Distintas implementaciones de un diseño digitalMediante:

-SSI (Circuitos de bajo nivel de integración) Nivel de puertas

-MSI (Circuitos de medio nivel de integración) Realización por medio de multiplexores, contadores, etc...

-PLD (Dispositivos Lógico-Programables) Permiten la implantación de pequeños circuitos de forma rápida, que acelera la preparación de sistemas para demostraciones iniciales de funcionamiento.

-FPGA (Matriz de puertas programables) Tienen las ventajas de las PLD con el valor añadido de su mayor versatilidad.

-ASIC (Circuitos integrados de aplicación específica) Diseño completo de nuestro sistema y realización como circuito integrado lo que abarata costes para grandes lotes de fabricación.

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ESTADO ACTUAL DEL ARTESistemas de diseño que permiten entrada esquemática.Los programas de captura de esquemas permiten introducir el esquema de forma gráfica, siendo por tanto más intuitivo y menos propenso a errores.

Simuladores.Los simuladores lógicos, normalmente incorporados en los sistemas con entrada esquemática permiten la prueba lógica del sistema para la verificación previa a la fabricación.Analizadores y verificadores temporales.Permiten evitar tediosos cálculos para asegurar que el funcionamiento dinámico de nuestro diseño es el adecuado.

Descripciones de comportamiento.Permiten describir el comportamiento de un circuito de forma genérica, incluyendo los comportamientos temporales de cada componente.

Circuitos programables.La existencia de los estos dispositivos (Ej. PLDs) permite la posibilidad de una simulación in situ ya que los errores detectados permiten ser modificados sin un coste prohibitivo.