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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.
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Ventajas y limitaciones de las técnicas digitales
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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
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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
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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 Hexadecimal
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.
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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
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.
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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
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.
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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)
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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.
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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.
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1.5 Circuitos Digitales
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.
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1.5 Circuitos Digitales
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
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1.6 Trasmisión Paralela Serial
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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.
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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).
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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
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1.8 Computadoras Digitales
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
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1.8 Computadoras Digitales
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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