Introducción
Electrónica Digital
José Ramón Sendra Sendra
Dpto. de Ingeniería Electrónica y Automática ULPGC
Analog A/D TDS D/A Analog
•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
¿Cómo se digitaliza una señal?
En cada punto recogemos el valor de la señal. Este proceso permite recuperar la señal sin ninguna deformación.
y codificamos el resultado, transformándolo en un código binario
Inconvenientes
1. Perdida de calidad
1. Reproducibilidad de resultados.
Mayor inmunidad a factores externos. Por ejemplo: temperatura, humedad, ruido.
Analógico Digital
Señal+ruido
Señal+ruido Nivel alto
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 R R R R R V V OUT = + 2 ++ 2 + IN + IN 2 2 1 1 ∆ ∆ ∆ • ∆ Tolerancias3. Flexibilidad.
La gama de problemas abordables es mucho mayor .
Ejemplo:
Multiplicación de dos registros Amplificación de una señal
Problemas idénticos en electrónica digital
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 en electrónica analógica
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.
Álgebra de Boole.
Un Álgebra consta de:
Variables: X, Y, Z, A, B, ...
0 → 0 Voltios → no hay corriente → falso
1 → 5 Voltios → hay corriente → verdadero
Valores
0
Alta Impedancia
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 Variables Operaciones Ejemplos:
Ejemplo
Si la puerta está abierta y el coche está en marcha
entonces podemos salir del garaje
Puerta abierta Coche en marcha Podemos salir
falso/0 falso/0 falso/0
falso/0 cierto/1 falso/0
cierto/1 falso/0 falso/0
cierto/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
Representación algebraica
F
=
X
• (
Y
+
Z
)
Y
O
Tabla de verdad
X Y Z F 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0A B
Cin SUM
Cout
Inversor PuertaAND Puerta OR
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 BSC
Sumador completo realizado como circuito
Sumador sin acarreo. Modelo de comportamiento descrito en VHDL
-- ***** modelo de un inversor *****
-- external ports
ENTITY inverter_gate;
PORT (a: IN BIT; z: OUT BIT);
END inverter_gate;
-- internal behavior
ARCHITECTURE behavioral OF inverter_gate IS
BEGIN
z <= NOT a AFTER 10 ns;
END behavioral;
Mediante:
-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.
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.
