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Laboratorio de electrónica

LE-IM-300-N

Profesor: Boris Moreno

1.1 Representaciones Numéricas

• Existen 2 maneras de representar el valor numérico de las cantidades: La analógica y la digital.

2 Laboratorio de Electrónica - Instituto Profesional de Chile - Prof. Boris Moreno

Representación Analógica Representación Digital

Se representan por cantidades proporcionales

Voltaje

Corriente

Movimiento de un indicador

Movimiento de un medidor

Ejemplo 1: Velocímetro de automóvil

Ejemplo 2: Termostato de una habitación

Ejemplo 3: Micrófono de audio.

Se representan por símbolos (dígitos)

Ejemplo 1: Reloj Digital

La diferencia principal entre las cantidades analógicas y las digitales:

Analógico => Continuo

Digital => Discreto (paso a paso)

1.2 Sistemas Digitales y Analógicos

Sistema Digital Sistema Analógico

Es una combinación de dispositivos diseñados para

manipular cantidades físicas o información que

estén representadas en forma digital.

Dispositivos electrónicos

Dispositivos mecánicos

Dispositivos magnéticos

Dispositivos neumáticos

Ejemplo 1: computadoras

Ejemplo 2: calculadoras digitales

Ejemplo 3: equipo digital de A/V

Ejemplo 4: Sistema telefónico

Contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas

representadas en forma analógicas.

En un sistema de este tipo las cantidades varían sobre un intervalo

continuo de valores

Ej. 1: Receptor de radio

Ej. 2: Amplificadores de audio

Ej. 3: Equipos de cinta magnética de grabación y reproducción

Ej. 4: El odómetro de automóviles.

Laboratorio de Electrónica - Instituto Profesional de Chile - Prof. Boris Moreno 3

Ventajas y limitaciones de las técnicas digitales


Ventajas Limitaciones

Aplicaciones que antes usaron métodos analógicos,

ahora emplean técnicas digitales. Sistemas más fáciles de diseñar. Circuitos de

conmutación, donde no son importantes los valores

exactos de voltajes o corrientes, sólo el rango en que se

encuentran. Alto o bajo

Facilidad para almacenar la información. Circuitos de

conmutación.

Mayor exactitud y precisión. Pueden manejar el número

de dígitos de precisión que se necesite, simplemente

añadiendo más circuitos de conmutación.

Programación de la operación.

Se afectan menos por el ruido. Las fluctuaciones en el

voltaje (ruido) no son tan criticas en los sistemas digitales

Se puede fabricar más circuitería digital sobre pastillas

de circuitos integrados.

Cuando se emplean técnicas digitales existe, en

realidad, una sola desventaja: El mundo real es fundamentalmente analógico. La mayor

parte de las cantidades físicas son de naturaleza analógica,

y a menudo son las entradas y salidas de un sistema que las

monitorea, que efectúa operaciones con ellas y las

controla.

Ejemplos: La temperatura, la presión, la posición, la velocidad,

el nivel de un liquido, la rapidez de flujo, etc.

Para aprovechar las técnicas digitales cuando se tienen entradas

y salidas analógicas, deben seguirse 3 pasos:

1. Convertir las entradas analógicas del “mundo real” a la

forma digital.

2. Procesar (realizar operaciones con) la información digital.

3. Convertir las salidas digitales a la forma analógica del

mundo real

Limitaciones de técnicas digitales


Diagramas de bloques de un sistema común de control de temperatura

Paso 1: Se mide la temperatura analógica, y el valor obtenido se convierte a una cantidad digital por medio de un convertidor analógico-digital (ADC; analog-to-digital converter). Paso 2: Luego, la circuitería digital, que puede o no incluir una computadora digital, procesa esta cantidad. Paso 3: Su salida digital se convierte de nuevo en una cantidad analógica por medio de un convertidor digital-analógico (DAC; digital-to-analog converter). Paso 4: Esta salida alimenta un controlador, mismo que se encarga de tomar cierto tipo de acción para ajustar la temperatura.

1.3 Sistemas de Números Digitales


En la tecnología digital se utilizan muchos sistemas de números. Los más comunes son :

• Sistema Decimal

• Sistema Binario

• Sistema Octal

• Sistema Hexadecimal

Sistema Decimal: El sistema decimal se compone de 10 números o símbolos; 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; al utilizar estos símbolos como

dígitos de un número podemos expresar cualquier cantidad.

El sistema decimal es un sistema de valor posicional el cual el valor de un dígito depende de su posición.

Ej. 1: El número 562; MSD:5, LSD:2

Ej. 2: El numero 27,35; 2*10+7*1+3*0,1+5*0,01

Ej. 3: El número 2745,214; (2*103)+(7*102)+(4*101)+(5*100)+(2*10-1)+(1*10-2)+(4*10-3)

1.3 Sistemas de Números Digitales En la tecnología digital se utilizan muchos sistemas de números. Los más comunes son :

• Sistema Decimal

• Sistema Binario

• Sistema Octal


Sistema Binario: En el sistema binario sólo hay dos símbolos o posibles valores de dígitos, 0 y 1. No obstante, este sistema de base 2 se

puede utilizar para representar cualquier cantidad qu8e se denote en sistema decimal o algún otro sistema numérico. En general, se

necesitan muchos dígitos binarios para expresar una cantidad determinada. Este es también un sistema de valor posicional, en donde

cada dígito binario tiene su propio valor expresado como potencia de 2.

Ejemplo: El número 1011,1012 = 11,62510. Para determinar su equivalencia en el sistema decimal simplemente tomamos la suma

de los productos de cada valor digital (0 ó 1) y su valor posicional.




• Sistema Decimal

• Sistema Binario

• Sistema Octal


Conteo Binario: Cuando trabajemos con números binarios, generalmente estaremos restringidos a utilizar un número específico de

bits. Esta restricción se basa en la circuitería utilizada para representar estos números binarios. Usemos números de 4 bits para

ilustrar el método para contar en binario.




• Sistema Decimal

• Sistema Binario

• Sistema Octal


Conteo Binario: Como vimos con el sistema decimal, también es cierto que con el sistema binario, al utilizar N bits o espacios,

podemos realizar hasta 2N conteos. Por ejemplo con 2 bits podemos realizar hasta 22=4 conteos; con 4 bits podemos efectuar hasta

24=16 conteos (00002 a 11112); y así sucesivamente. El último conteo estará constituido siempre por todos los unos y es igual a 2N-1 en

el sistema decimal.

Ejemplo: Al utilizar 4 bits, el último conteo es 11112=24-1=1510

Ejercicio: ¿Cuál es el número más grande que se puede representarse con 8 bits?

En los sistemas digitales, la información que se está procesando por lo general se presenta en forma binaria. Las cantidades binarias

pueden representarse por medio de cualquier dispositivo que solamente tenga 2 estados de operación o posibles condiciones. Por

ejemplo, un interruptor sólo tiene dos estados: abierto o cerrado. Arbitrariamente, podemos hacer que un interruptor abierto

represente el cero binario y que uno cerrado represente el 1 binario.


1.4 Representación de cantidades Binarias

Hay muchos otros dispositivos que sólo tienen dos estados de operación o que pueden operarse en dos condiciones extremas.

Entre estos se encuentran:

La bombilla eléctrica o foco (encendido o apagado)

El diodo (activado o desactivado)

El revelador (energizado o desenergizado)

El transistor (cortado o saturado)

La fotocelda (iluminada u oscura)

El termostato (abierto o cerrado)

El embrague mecánico (engranado o desengranado)

La cinta magnética (magnetizada o desmagnetizada)


1.4 Representación de cantidades Binarias

En los sistemas electrónicos digitales digítales, la información binaria se representa por medio de dos voltajes (o corrientes) que

están presentes en las entradas o salidas de los diversos circuitos. Por lo general, el cero y el 1 binarios se representan con 2

niveles de voltajes nominales. Por ejemplo, cero volts (0 V) podría representar el cero binario y +5 V, el 1 binario. En realidad,

debido a las variaciones del circuito, el 0 y el 1 se representarían por medio de intervalos de voltajes.


1.5 Circuitos Digitales

Los circuitos digitales están diseñados para responder predeciblemente a voltajes de entada que se encuentran dentro de los

intervalos definidos 0 y 1. Esto significa que un circuito digital responderá de la misma manera a todos los voltajes de entrada que

se clasifiquen dentro del intervalo 0 admitido; en forma semejante, tampoco distinguirá entre voltajes de entrada que entren en el

intervalo 1 permitido.



Circuitos Lógicos

La forma en que un circuito digital responde a una entrada se conoce como lógica del circuito. Cada tipo de circuito digital

obedece a cierto conjunto de reglas lógicas. Por esta razón, los circuitos digitales también se denominan circuitos lógicos.

Usaremos ambos términos indistintamente de aquí en adelante.

Circuitos digitales integrados

Casi todos los circuitos que se utilizan en los sistemas digitales modernos son circuitos integrados (CI). La amplia variedad de CI

lógicos disponibles ha hecho posible construir sistemas digitales complejos que son más pequeños y más confiables que las

contrapartes de componentes discretos.

Se utilizan diferentes tecnologías de fabricación de circuitos integrados para producir CI digitales; siendo los más comunes TTL,

CMOS, NMOS y ECL. Cada uno difiere en el tipo de circuitos que se emplean para efectuar la operación lógica que se desee. Por

ejemplo:

La tecnología TTL (lógica de transistor-transistor) se vale del transistor bipolar como elemento principal del circuito.

La tecnología CMOS (semiconductor metal óxido complementario) utiliza el transistor MOSFET como elemento principal del

circuito.



Preguntas de Repaso

Verdadero o falso: ¿El valor exacto de un voltaje de entrada es crítico para un circuito digital?

¿Puede un circuito digital producir el mismo voltaje de salida para diferentes voltajes de entrada?

Un circuito digital, se denomina también circuito


1.6 Trasmisión Paralela Serial


Trasmisión Paralela Una de las operaciones más comunes que se presentan en cualquier sistema digital es la trasmisión de información de un lugar a otro. La

información puede transmitirse a una distancia mínima de algunos milímetros sobre la misma tarjeta de circuito, o a varios kilómetros cuando

el operador de una terminal de computadora se comunica con una computadora que está en otra ciudad. La información que se trasmite se

encuentra en forma binaria y, por lo general, está representada por los voltajes que aparecen en las salidas del circuito de trasmisión que

están conectadas a las entradas del circuito de recepción.

Ejemplo: Se ilustra la forma en que se trasmite el numero binario 10110 del circuito A al B, utilizando la trasmisión paralela. Cada Bit del

número binario está representado por una de las salidas del circuito A, donde la salida A4 es el MSB y la A0 es el LSB. Cada salida del circuito A

esta conectada a la correspondiente entrada del circuito B de manera que los 5 bits de información se trasmiten en forma simultánea

(paralela).

1.6 Trasmisión Paralela Serial

Trasmisión Serial Ejemplo: En la figura sólo hay conexión del circuito A al circuito B cuando se emplea la trasmisión serial. En este caso, la salida del

circuito A produce una señal digital cuyo nivel de voltaje cambiará a intervalos regulares, de acuerdo con el número binario que se

está trasmitiendo. De esta forma la información se trasmite de un bit a la vez (en serie) sobre la línea de la señal.

El diagrama de tiempos de la figura muestra cómo cambia con el tiempo el nivel de la señal. Durante el primer intervalo de

tiempo, T0, la señal se encuentra en el nivel 0; en el intervalo T1 la señal se encuentra en el nivel 1 y así sucesivamente.


1.7 Memoria Cuando una señal de entrada se aplica a muchos dispositivos o circuitos, la salida de alguna manera cambia en respuesta a la

entrada y, cuando se retira la señal de entrada, la salida regresa a su estado original. Estos circuitos no exhiben la propiedad de una

memoria, ya que sus salidas regresan a su nivel normal. En los circuitos digitales, ciertos tipos de dispositivos y circuitos sí tienen

memoria. Cuando una entrada se aplica a tal circuito, la salida cambia de estado, pero se mantiene con el nuevo estado aún

después que se retire la entrada. Esta propiedad de retener su respuesta a una entrada momentánea se denomina memoria.

Los dispositivos y circuitos de memoria desempeñan un papel importante en los sistemas digitales debido a que ofrecen medios

para almacenar números binarios temporal o permanentemente, con la capacidad de cambiar la información almacenada en

cualquier instante. Como veremos, los diversos elementos de la memoria incluyen los tipos magnéticos y aquellos que utilizan

circuitos electrónicos, denominados biestables (latches o seguros y flip-flops).


1.8 Computadoras Digitales

Las técnicas digitales han trazado su camino en innumerables áreas de la tecnología, pero el área de las computadoras digitales

automáticas es la más notable y extensa.

Una computadora es un sistema de Hardware que realiza operaciones aritméticas, manipula información (generalmente en forma

binaria) y toma decisiones.

El conjunto de instrucciones que debe recibir la computadora para realizar una labor se llama programa. Los programas se colocan

en la memoria de la computadora en forma codificada en binario y cada instrucción tiene un código único.

Partes principales de una computadora:

Unidad de entrada

Unidad de memoria

Unidad de control

Unidad aritmética lógica

Unidad de salida



Unidad de Entrada. A través de esta unidad se alimenta el sistema de cómputo y la unidad de memoria con un conjunto de

instrucciones y datos para que se almacenen hasta que se necesiten. La información comúnmente ingresa en la unidad de entrada

por medio de tarjetas perforadas, cinta, discos magnéticos o un teclado.

Unidad de Memoria. La memoria almacena las instrucciones y datos que se reciben de la unidad de entrada. Almacena los

resultados de operaciones recibidas de la unidad aritmética. Asimismo, suministra información a la unidad de salida



Unidad de Control. Esta unidad toma instrucciones de la unidad de memoria, una por una, y las interpreta. Luego envía señales

apropiadas a todas las demás unidades para que la instrucción específica sea ejecutada.

Unidad Aritmética Lógica. Todas las operaciones aritméticas y decisiones lógicas se realizan en esta unidad, la cual puede enviar

después resultados a la unidad de memoria para que se almacenen.

Unidad de Salida. Esta unidad toma datos de la unidad de memoria e imprime, exhibe o, en caso contrario, presenta la

información al operador (o bien la procesa, en el caso de una computadora de control de procesos).


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