Introducción a la Electrónica Digital y sus principios

Introducción a la Electrónica Digital y sus principios básicos

1. Camilo Quintáns Graña. Centro Asociado de Pontevedra. Curso 2007-2008.
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ELECTRÓNICA DIGITAL
INTRODUCCIÓN
Camilo Quintáns Graña. Centro Asociado de Pontevedra. Curso 2007-2008.
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Guía Didáctica de Electrónica Digital
El material que se seguirá para el estudio de la asignatura es:
ƒACHA, SANTIAGO et al., 2ª Edición: Electrónica Digital. Introducción a la
Lógica Digital. Ed. RAMA, 2002. Libro 1. Incluye dos CD-ROMs con ejemplos
y simulaciones.
ƒACHA, SANTIAGO et al.: Electrónica Digital. Lógica Digital Integrada. Ed.
RAMA, 2006. Libro 2. Incluye dos CD-ROMs con ejemplos y simulaciones.
Para las prácticas se usará el libro:
GARCÍA, FRANCISCO et al.: Electrónica Digital: Prácticas y Simulación. Ed. UNED,
2006. Libro Prácticas. Incluye un CD-ROM con una aplicación multimedia de ayuda
a la realización de las prácticas, ejemplos y simulaciones.
Al ser libros bastantes extensos (ya que incluyen en los mismos una parte muy
amplia de simulaciones y ejemplos, resu eltos y propuestos, para facilitar el
estudio por el alumno) y no ser el objetivo de esta asignatura cuatrimestral su
estudio completo, se darán unas pautas de estudio acotando los puntos que el
alumno debe estudiar, y que serán objeto de examen.

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UNIDAD DIDÁCTICA I – Fundamentos de Electrónica Digital
TEMA I: Representación de la Información
ƒLos sistemas digitales tratan información binaria, siendo importante el conocimiento de los sistemas de
numeración y especialmente los de base dos. El alumno deberá así mismo aprender a realizar cambios de
base y manejar las representaciones numéricas en coma fija y en coma flotante.
ƒEste tema se corresponde con el tema I “Fundamentos Ge nerales de la Electrónica Digital” del libro de texto
recomendado (Libro 1), exceptuando el punto 1.2.5.1 que no entraría (formato de representación IEEE754).
TEMA II: Codificación de la Información
ƒEn este tema se utilizarán los códigos de numeración más empleado s para almacenar y transmitir
información y los códigos de detección y corrección de errores.
ƒSe corresponde con el tema II “Codificación de la Información” del libro recomendado (Libro 1) a excepción
de los puntos 2.3.2 y 2.3.3.2.
TEMA III: Álgebra de conmut ación y su representación
ƒEn este tema se estudia el álgebra de Boole como herram ienta matemática básica para el análisis y síntesis
de circuitos digitales.
ƒSe corresponde con el tema III “Álgebra de conmutación y su representación del libro de texto (Libro 1) a
excepción del punto 3.3.7.
TEMA IV: Funciones lógicas básicas
ƒEn este tema se presentan las funciones lógicas desde varios de sus aspectos característicos.
ƒSe corresponde con el tema IV “Funciones lógicas básicas” del libro de texto (Libro 1).
TEMA V. Simplificación de funciones lógicas
ƒEn este tema se abordan distintos métodos de simplificación de funciones lógicas para optimizar los diseños,
reduciendo el número de componentes o puertas lógicas necesarias en la realización de un sistema digital.
ƒSe corresponde con el tema V “Simplificación de funciones lógicas” del libro de texto (Libro 1) sin el punto
5.1.3.1. Del punto 5.1.4 sólo la definición de la página 269. El punto 5.4 tampoco entra.
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UNIDAD DIDÁCTICA II – Tecnolo gías de Circuitos Integrados
TEMA VI: Introducción y características gene rales de los circuitos integrados digitales
ƒEste tema aborda una introducción a las características internas y funcionales de las puertas lógicas.
ƒEste tema se corresponde con parte del tema VI “Tecnologías de circuitos integrados digitales” del libro de
texto (Libro 1). Lo que el alumno debe estudiar es el punto 6.1, 6.2 y 6.3.
TEMA VII: Familia lógica TTL es tándar, subfamilias TTL, comparació n y precauciones en el diseño.
ƒEste tema se corresponde con parte del tema VI “Tecnologías de circuitos integrados digitales” del libro de
texto (Libro 1). Lo que el alumno debe estudiar es el punto 6.4, 6.5 y 6.9. Se recomienda la lectura de los
puntos 6.6, 6.7 y 6.8, si bien no serán objeto de examen.
TEMA VIII: Familia lógica CMOS, subfamilias CMOS
ƒEste tema se corresponde con parte del tema VI “Tecnologías de circuitos integrados digitales” del libro de
texto (Libro 1). Lo que el alumno debe estudiar de este tema son los puntos 6.10, 6.11, 6.13.2 y 6.14. Se
recomienda la lectura de los puntos 6.12 y 6.15, si bien no serán objeto de examen. El punto 6.16 no
entra.
TEMA IX: Circuitos sumadore s y restadores binarios.
ƒEn este capítulo se exponen los distintos procedim ientos para la realización de circuitos sumadores y
restadores.
ƒSe corresponde con el tema VII “Circuitos aritméticos” del libro de texto (Libro 1). Los puntos que entran
son: 7.1, 7.2 a excepción del 7.2.4 y 7.2.5 y el 7.3 a excepción del 7.3.1 y el 7.3.3. Los puntos 7.4 y 7.5
no entran.
TEMA X. Circuitos convertidores D/A y A/D.
ƒEn este tema se exponen los distintos procedimientos para la conversión A/D y D/A, sus especificaciones
básicas y los procedimientos de análisis.
ƒSe corresponde con el tema VIII “Convertidores D/A y A/D” del libro de texto (Libro 1). Entran los puntos
8.1, 8.2, 8.2.1, 8.2.2, 8.2.3, 8.2.3.1, 8.3, 8.3.1, 8.3.2, 8.3.3, 8.3.3.1, 8.3.3.2 y 8.3.3.3.

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UNIDAD DIDÁCTICA III – Diseño de Sistemas Digitales
TEMA XI: Circuitos combinacionales.
TEMA XII: Subsistemas combinacionales: Mult iplexores, Demultiplexores, Codificadores y
Decodificadores.
ƒEstos temas realizan una descripción de los circuitos combinacionales más utilizados indicando su función
específica, su constitución con puertas lógicas, sus principales aplicaciones y cómo se interrelacionan.
ƒEste tema se corresponde con el Capítulo 2 “Circuitos Combinacionales” del libro de texto recomendado
(Libro 2), exceptuando los apartados 2.3.1.2, 2.5 y 2.5.1, 2.7 y 2.7.1.
TEMA XIII: Circuitos secuenciales: Defini ciones, Análisis y síntesis de diseño.
TEMA XIV: Subsistemas secuenciales; Biestables , Registros de Desplazamiento y Contadores.
ƒEn estos temas se estudia el diseño de los bloques básicos secuenciales, como son los biestables, los
registros y los contadores, y su uso en circuitos secuenciales más complejos, tanto asíncronos como
síncronos.
ƒEste tema se corresponde con partes de los Capítulos 3, 4, 5 y 6 del libro de texto recomendado (Libro 2),
según la siguiente acotación y estructura siguiente.
ƒSe inicia el capítulo con la introducción a los circuitos secuenciales y su diferencia con los circuitos
combinacionales. Apartados 3.1, 3.1.1 . A continuación se analiza el diseño de los circuitos secuenciales
asíncronos, capítulo 4 completo, y el diseño de los circuitos secuenciales síncronos, capítulo 5 completo.
Una vez estudiado el diseño de los circuitos secuenciales, se analizan los distintos componentes. Se
estudian primero los biestables, estudiando el capítulo 3 completo, excepto los apartados 3.2.1.3, 3.2.3.4 y
3.2.5. A continuación se estudian los registros de desplazamiento y los contadores, estudiando el capítulo 6
completo, excepto los apartados 6.2.3, 6.2.4, 6.3.6, 6.3.7, 6.3.8 y 6.3.9.
TEMA XV. Memorias de semiconductores.
ƒEn este tema se exponen los fundamentos básicos de las memorias de semiconductores, tipos de memorias,
características, especificaciones técnicas, y modos de funcionamiento, así como distintos procedimientos de
análisis y diseño.
ƒSe corresponde con el capítulo 8 “Memorias de semiconductores” del libro 2 recomendado.
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TEMA I: Representación de la Información
Formas de representar cantidades mediante sumas de
potencias de un determinado número (basedel sistema).
Sistema decimal
Base 10: Cada cifra puede tomar uno entre 10valores: 0 al 9
“765,43” =
= 7 x10
2
+ 6 x 10
1
+ 5 x 10
0
+ 4 x 10
–1
+ 3 x 10
–2
=
= 7 x 100 + 6 x 10 + 5 x 1 + 4 x (1/10) + 3 x (1/100)
Sistema binario
Base 2: Cada cifra puede tomar uno entre 2valores: 0 y 1

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Conversión binario - decimal
1010,111
2= 1 x 2
3
+ 0 x 2
2
+ 1 x 2
1
+ 0 x 2
0
+
+ 1 x 2
-1
+ 1 x 2
-2
+ 1 x 2
-3
=
= 1 x 8 + 0 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1 +
+ 1 x (1/2) + 1 x (1/4) + 1 x (1/8) =
= 10,875
10
TEMA I: Representación de la Información
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8
Conversión decimal - binario
10
221
250
210 1
2211
2431
287
87,36
10
= 1010111,010...
2
Parte entera: Parte fraccionaria:
0,36 0,72 0,44
x 2 x 2 x 2
0,72 1,44 0,88
TEMA I: Representación de la Información

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Sistema octal
Base 8: Cada cifra puede tomar uno entre 8valores: 0 al 7
La conversión a binario y viceversa es inmediata. Para
convertir a binario convertimos cada cifra a binario ( tres
dígitos), que se corresponden con la conversión decimal de la
cifra a binario.
153,6
8ÅÆ001
101011, 110ÅÆ1 101 011,11
2
La conversión a octal,
necesita completarse
con ceros
TEMA I: Representación de la Información
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Sistema hexadecimal O Base 16: Cada cifra puede tomar uno entre 16
valores: del 0 al 9 y de la A a la F
0 1 1 066
0 1 1 177
0 1 0 155
0 1 0 044
0 0 1 133
0 0 1 022
0 0 0 111
0 0 0 000
Binario
(8)(4)(2)(1)
HEXDecimal
1 1 1 0E14
1 1 1 1F15
1 1 0 1D13
1 1 0 0C12
1 0 1 1B11
1 0 1 0A10
1 0 0 199
1 0 0 088
Binario (8)(4)(2)(1)HEXDecimal
TEMA I: Representación de la Información

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Sistema hexadecimal
La conversión a binario y viceversa es inmediata. Para
convertir a binario convertimos cada cifra a binario
(cuatrodígitos), que se corresponde con la conversión
decimal de la cifra a binario.
9B7,C
16
= 1001
10110111, 1100ÅÆ100110110111,11
2
TEMA I: Representación de la Información
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TEMA II: Codificación de la Información
‰CÓDIGOS DE NUMERACIÓN
ƒFormas de representar cantidades mediante cualquier tipo
de criterio. Los sistemas de numeración son un tipo
particular de códigos de numeración en los que las
cantidades se relacionan con potencias de un determinado
número.
‰CÓDIGOS BINARIOS
ƒFormas de representar cantidades mediante unos y ceros
(cifras binarias o bits).

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TEMA II: Codificación de la Información
‰Código Binario natural
ƒEs el sistema de numeración binario. Con n bits se
obtienen 2
n
combinaciones distintas.
‰Código Binario continuo
ƒLas combinaciones correspondientes a números decimales
consecutivos son adyacentes (sólo difieren en un bit).
‰Binario cíclico
ƒCódigo continuo cuya última combinación es adyacente a
la primera.
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TEMA II: Codificación de la Información
‰Códigos binarios continuos y cíclicos
•Gray o binario reflejado
ƒCódigo binario continuo y cíclico que se utiliza en
convertidores analógico-digitales muy rápidos.
•Johnson
ƒCódigo binario continuo y cíclico que se utiliza en el
diseño de contadores. Con n bits sólo se consiguen 2n
combinaciones distintas.

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BCD natural
Se genera codificando en cuatro dígitos binarios cada
cifra del número decimal (según el código binario natural).
En cuatro bits se puede codificar hasta el número 15
decimal, por lo que hay combinaciones que en BCD
natural no se utilizan.
CÓDIGOS DECIMALES CODIFICADOS EN BINARIO (BCD)
7 2 9
10
0111|0010|1001 ÅÆ011100101001
TEMA II: Codificación de la Información
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Conjunto de elementos que pueden tomar dos valores
(0 y 1) relacionados por dos operaciones lógicas: la suma
(+, O, OR) y el producto (
.
,Y,AND) lógicos.
111
101
110
000
a+bba
TEMA III: ÁLGEBRA DE BOOLE
La inversión (negación o
complemento) de una
variable se realiza con la
operación NOT.
111
001
010
000
a
.
bba
01
_
10
aa

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Postulados
1) a + b = b + a (propiedad conmutativa)
a
.
b = b
.
a
2) 0 + a = a (elemento neutro)
1
.
a = a
TEMA III: ÁLGEBRA DE BOOLE
3) a ( b + c) = a
.
b + a
.
c (propiedad distributiva)
a + b
.
c = (a + b) (a + c)
4) a + a = 1 (inversión)
a . a = 0
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Teoremas
1) Principio de dualidad
Los postulados son válidos si se sustituye “+” por “
.”
y los
elementos 0 y 1 se intercambian.
2) a + 1 = 1
a
.
0 = 0
3) a + a = a
a
.
a = a
4) Ley de absorción
a + a
.
b = a
a
.
(a + b) = a
TEMA III: ÁLGEBRA DE BOOLE

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Teoremas
5) Propiedades asociativas
(a + b) + c = a + (b + c) = a + b + c
(a
.
b)
.
c = a
.
(b
.
c) = a
.
b
.
c
6) Leyes de Morgan
_ _ _
a + b + c + ... = a
.
b
.
c
.
...
_ _ _
a
.
b
.
c
.
... = a + b + c + ...
TEMA III: ÁLGEBRA DE BOOLE
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Las leyes de Morgan definen las funciones lógicas NOR
y NAND.
011
101
110
100
a
.
bba
011
001
010
100
a+bba
NOR NAND
Las funciones elementales suma, producto e inversión
lógica y en general cualquier suma o producto lógico
pueden realizarse mediante las funciones NOR y NAND.
TEMA III: FUNCIONES LÓGICAS UNIVERSALES

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OR (O) AND (Y)
a
.
b
a
b
NOR (NO-O) NAND (NO-Y)
a + b
a
b
____
a
.
b
a
b
____
a + b
a
b
TEMA III: SÍMBOLOS LÓGICOS CLÁSICOS
3 entradas
a + b + c
a
.
b
.
c
a
b
c
NOT
_
a
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OR (O) AND (Y)
NOR (NO-O) NAND (NO-Y)
a
.
b
a
b
&
____
a
+ b
a
b
≥1 ____
a . b
a
b
&&
a + b
a
b
1
TEMA III: SÍMBOLOS LÓGICOS NORMALIZADOS
NOT
1
a
_
a
1
a
_
a
3 entradas
a
.
b
.
c
a
b
&&
c
≥

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_ _ _ _ _ _
f = a ⊕b = a ⊕b = a b + b a =(a + b) (a + b)
En general, la O-exclusiva de
cualquier número de variables (dos o
más) toma el valor 1 si y sólo si el
número de variables con valor 1 es
impar.
a ⊕b
a
b
a b
=1
a ⊕b
011
101
110
000
a ⊕b
ba
011
101
110
000
a ⊕b
ba
TEMA III: FUNCIÓN O-EXCLUSIVA
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Una función lógica es una variable binaria cuyo valor es
el de una expresión algebraica en la que se relacionan entre
sí las variables binarias por medio de las operaciones
básicas (producto, suma e inversión lógica).
_
Ej. f = f (a, b, c) = a b + c
Un producto o suma en el que intervienen todas las
variables en su forma directa o inversa se denomina
término canónico
.
_ _ _ _ _ _ _ _ _
Ej. a b c , a b c, a + b + c , a + b + c
El número máximo de sumas o productos canónicos de
una función de n variables es 2
n
.
TEMA III: FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS