presentación de electrónica digital

1. Universidad de Caldas
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
INGENIERIA MECATRONICA
Prof. ALBA LUCIA CARDENAS M.

2.  Asignatura ELECTRONICA DIGITAL
 Créditos académico 4
 Intensidad horario 64 horas

3. Bienvenidos todos
IntroducciónIntroducción

4. En el mundo moderno, la electrónica digital a
mostrado ser eficiente en las tareas que se le
han encomendado, dando grandes
satisfacciones a diseñadores y mejorando la
calidad de vida de la humanidad. Un sin
numero de aplicaciones desde las más
sencillas como el destello intermitente de una
luz en un juguete, hasta complejos sistemas
de control espacial, pasando por todas las
disciplinas en las que el hombre explora:

5.  computación, medicina, automotriz,
negocios, comunicaciones y aplicaciones
bélicas entre muchas otras. La electrónica
digital ha conseguido inclusive modificar el
entorno de sociedades modernas al
hallarse presente en un sin numero de
dispositivos con los que convivimos de
forma casi inconsciente.
Por esto técnicos, tecnólogos e ingenieros
en electrónica, encontrarán en estos temas
las herramientas que les permitirá diseñar
nuevas aplicaciones de la electrónica y
mantener, reparar o mejorar las existentes.

6. COMPETENCIAS
Las competencias básicas que se pretendeLas competencias básicas que se pretende
promover en el alumno son la capacidad parapromover en el alumno son la capacidad para
diseñar circuitos digitales,diseñar circuitos digitales, la capacidad dela capacidad de
analizar y entender sistemas basados enanalizar y entender sistemas basados en
electrónica digital.electrónica digital.
Competencias cognoscitivas:Competencias cognoscitivas: Diferenciar,Diferenciar,
analizar y explicar el principio de funcionamientoanalizar y explicar el principio de funcionamiento
de los componentes digitales y de las familiasde los componentes digitales y de las familias
lógicas utilizadas en sistemas electrónicoslógicas utilizadas en sistemas electrónicos
digitales.digitales.

7. Competencias Procedimentales: Desarrollar en el alumno
la capacidad para analizar, diseñar, simular, montar y llevar a
correcto funcionamiento de soluciones a problemas propuestos,
mediante el uso correcto de los dispositivos y herramientas de
electrónica digital
Competencias Actitudinales: Promover en el alumno la
conciencia acerca de la importancia de la electrónica digital
como base fundamental del quehacer del ingeniero, incentivando
en lo personal el cumplimiento, capacidad de trabajo en grupo, la
responsabilidad por los tangibles y especialmente todo valor que
fortalezca la ética profesional y respeto por el medio ambiente.

8. Objetivos
 2. Objetivo General
 Diferenciar, analizar y explicar el principio de funcionamiento de los componentesDiferenciar, analizar y explicar el principio de funcionamiento de los componentes
digitales y de las familias lógicas utilizadas en sistemas electrónicos digitales.digitales y de las familias lógicas utilizadas en sistemas electrónicos digitales.
 4. Objetivos Específicos:
-Proporcionar los conocimientos necesarios acerca de los diferentes dispositivosProporcionar los conocimientos necesarios acerca de los diferentes dispositivos
utilizados en la electrónica digital, la interpretación de la terminología característica.utilizados en la electrónica digital, la interpretación de la terminología característica.
Proporcionar pautas para el diseño de sistemas digitales, en pro de entregar solucionesProporcionar pautas para el diseño de sistemas digitales, en pro de entregar soluciones
acertadas a los requerimientos del medio.acertadas a los requerimientos del medio.
Motivar al estudiante en la investigación y creación de nuevos productos y laMotivar al estudiante en la investigación y creación de nuevos productos y la
visualización de nuevas oportunidades en el medio.visualización de nuevas oportunidades en el medio.

9. Presentación del contenido:
UNIDAD 1
 Fundamentos
 Sistemas digitales Vs sistemas
Analógicos.
La representación digital
Familias de circuitos lógicos integrados
(TTL, CMOS, NOMOS Y ECL)
Arquitectura de un sistema de control
digital.


10. Presentación del contenido:
UNIDAD 2
 Flip_Flop

Concepto de la memoria de un dato.
Construcción básica del flip_flop.
Concepto de sincronización de flip_flop.
Aplicaciones prácticas con los filp_flop:
Detección de secuencias de entrada. División
de frecuencia, Contadores de eventos.
Multivibradores astables y monoestables.
Supresores de ruido Eléctrico.


11. Presentación del contenido:
UNIDAD 3
Contadores asíncronos y síncronos
Codificadores y decodificadores
 Multiplexores y de multiplexores
Circuitos aritméticos y de comparación
 Diseño de Aplicaciones prácticas
donde se integran estos
componentes


12. Presentación del contenido:
UNIDAD 4
 Memorias
 7.1 Principio de funcionamiento.
 7.2 Tipos de memorias electrónicas.
 7.3 Aplicaciones prácticas.


13. Estrategia metodológica
 Lectura documental
 Desarrollo de ejercicios de aplicación en
equipos de trabajo
 Realización de talleres
 Demostraciones practicas de la teoría

14. Evaluación
 2 evaluaciones 27% c/u (FEB 17-MAR 17 -3
ABRIL)
 talleres y practicas 20% (los días lunes se
sustentan funcionando con planos)
 Proyecto final real 26% (4 Y 5 DE ABRIL)
 NOTA DE CERO SI NO FUCIONA EL
DIA DE SUSTENTACION NO SE DARA
MAS PLAZO

15. Forma de entrega de trabajos
 portada
 Introducción
 Objetivos generales y específicos
 Materiales utilizados
 Desarrollo con diagramas o planos
 Conclusiones
 Bibliografía

16. 6. BIBLIOGRAFÍA
 TOCCI, Ronald . Sistemas Digitales, Principios y Aplicaciones,
España: Prentice Hall, Dossat, 1997.
 MANDADO, ENRIQUE. Sistemas electrónicos digitales, Mexico:
Marcombo-Alfaomega, 1996.
 MORRIS, MANO. Diseño digital, México: Prentice Hall, 1994.
 BARCO Y ARITIZABAL. matemática digital, COLOMBIA: Mc
graw Hill

17. EJEMPLO DE PROYECTO

18. MOTORES

19. Material requerido
 Protoboard

20. Equipos de medida
 multímetro

21. Pinzas- pelacables y contario
 Cortafrío - pinzas

22. Cables para conexión
 Cable utp Conector pila 9vConector pila 9v
Pila 9vPila 9v

23. Componentes para montajes
 Diodo Led
 y resistencias de 220 ohmios y 1kilo ohmios,
Dip Switch 4pDip Switch 4p

24. Compuertas lógica
74ls08
 Ç

25. Compuertas
 74ls04

26. Compuertas lógica
 74ls32

27. Compuertas lógicas
 74ls86

28. DISPLAY CONTADOES Y DECOFIFICADORES

29. CONTADOR

30. Regulación de voltaje
 Circuito para regular voltaje a 5v

31. Flip flop

32. PUNTA LOGICA

34. 74ls90

35.  Tabla para manejo de decimales en la
conversión de binario a decimal

37. SISTEMAS DE NUMERACIÓN
CONCEPTO.-
 Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y
reglas que se utilizan para la representación de datos
numéricos o cantidades.
 Cada sistema de numeración se va ha caracterizar por su
base que es el número de cada símbolo distinto que
utiliza, y además determina el valor de cada símbolo,
dependiendo de la posición que ocupe.
 Sistema decimal. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
 Base: 10

38. SISTEMA BINARIO
. SISTEMA BINARIO.-
Símbolos: 0, 1.
Base: 2
Binary Digit
1 Bit = 1 Simbolo
1 Byte = 8 bits
1 Kb = 1024 bytes
1 Mb = 1024 Kb
1 Gb = 1024 Mb

39. SISTEMA OCTAL
 Símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
 Base: 8

40. SISTEMA HEXADECIMAL.
 Símbolos: 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B,
C, D, E, F.
 Base: 16

41. Conversión de decimal a binario
 CONVERSIÓN DE UN NUMERO DECIMAL A BINARIO
 Para esta transformación es necesario tener en cuenta los
pasos que siguientes
 Pasar el numero 42 base 10 a numero binario
1. se divide el numero 42 entre 2

 2. se divide de nuevo el cociente obtenido por 2 y se repite el
mismo procedimiento hasta que el cociente sea 1.
 3. El numero binario se forma tomando el primer dígito el
ultimo cociente, seguidos por los residuos obtenidos en cada
división, seleccionándolos de derecha a izquierda, como se
muestra en el siguiente esquema.

42. Conversión de decimal a binario
 .

43. Ejercicios
 Convertir los siguiente números decimales en
binarios
 2 3 4 5 6 7 8 9 10
 11 12 13 14 15
 16 17 18 19 20

44. CONVERSIÓN DE UN NUMERO DECIMAL
FRACCIONARIO A UN NUMERO BINARIO
 Para transformar un número decimal
fraccionario a un numero binario se debe
seguir los siguientes pasos:
 ejemplo: el numero 72,375.

45. 42.375
 1. la parte entera se transforma de igual forma que el
ejemplo anterior.
 2. La parte fraccionaria de la siguiente manera:
Multiplicamos por el numero 2 y tomamos la parte entera
del producto que ira formando el numero binario
correspondiente
Tomamos nuevamente la parte entera del producto, y la
parte fraccionaria la multiplicamos sucesivamente por 2
hasta llegar a 0

46. 42.375
 Se toma nuevamente la parte entera , y como la parte
fraccionaria es 0, indica que se ha terminado el proceso.
 El numero binario correspondiente a la parte decimal será la
unión de todas las partes enteras, tomadas de las
multiplicaciones sucesivas realizadas durante el transcurso del
proceso
 En donde el primer dígito binario corresponde a la primera
parte entera , el segundo dígito a la segunda parte entera , y así
sucesivamente hasta llegar al ultimo .Luego se toma el numero
binario , correspondiente a la parte entera , y el numero
binario , correspondiente a la parte fraccionaria y se une en un
solo numero binario correspondiente a el numero decimal.


47. Conversión de decimal fraccionario a
binario
 Resultado de la conversión

48. CONVERSIÓN DE UN NUMERO BINARIO A
UN NUMERO DECIMAL
 1. se toma los valores de posición
correspondiente a las columnas donde
aparezcan únicamente unos
 2. se suman los valores de posición
para identificar el numero decimal
equivalente

49. 10101 = 21
 Binario a decimal

50. Tabla de valores según la
posición
 Tabla importante para tener en cuenta

51. Códigos hexadecimal
Código hexadecimal: Código en base 16
Cada dígito toma valores entre 0 y 15; se hace preciso distinguir
de alguna forma los dígitos que tienen dos cifras
Ejemplo: 1 5 7 6
¿ Es “uno” y “cinco” o
es “quince”?
Los dígitos a partir del 10
(inclusive) se denominan con
letras:
A, B, C, D, E y F
5B70h = 5*163
+11*162
+7*161
+0*160
= 20480+2816+112+0=2340810

52. CODIGO BCD
Decimal codificado en binario
 Decimal: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
 BCD: 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110
0111 1000 1001
 El BCD es muy común en sistemas
electrónicos donde se debe mostrar un valor
numérico, especialmente en los sistemas
digitales

53. Conversión binario ⇒ octal/hexadecimal
Binario ⇒ octal:
Se agrupan los bits de tres en tres a partir del punto
decimal, asignando el código octal a cada grupo
10110.10012 = 0 1 0 1 1 0 . 1 0 0 1 0 0 =26.448
Binario ⇒ hexadecimal:
Se agrupan los bits de cuatro en cuatro a partir del
punto decimal, asignando el código hexadecimal a
cada grupo
10110.10012 = 0 0 0 1 0 1 1 0 . 1 0 0 1 =16.9h

54. Conversión octal/hexadecimal ⇒ binario
Octal / hexadecimal ⇒ binario :
Se asigna a cada dígito octal/hexadecimal su
correspondiente código binario
3 6 1 . 2 3 8
011 110 001 . 010 0112
7 C 6 . F 1h
0111 1100 0110 . 1111 00012
Ejemplos:
octal ⇒ binario
hexadecimal ⇒ binario

55. Símbolos de la Lógica Matemática
;qp ∨ ,qop disyunción p y q: proposición compuesta que es
falsa cuando ambas p y q son falsas y verdadera
en otro caso.
;qp ∧ ,qyp conjunción p y q: proposición compuesta que
es verdadera cuando tanto como p y q son
verdadera y falsa en otro caso.
p q
F F F
qp ∨
p q
T T T
qp ∧

56. Símbolos de la Lógica Matemática
;p¬ ,pno negación de p : proposición formada al escribir
“no es el caso que” o “es falso que” antes de p o
al insertar la palabra “no” de manera adecuada
en p.
p
T F
p¬

57. Tablas de verdad
Una proposición lógica con n
componentes tendrá renglones en
su tabla de verdad.
n
2
T F
F T
p¬p Nota: p proposición (1 componente):
renglones.
renglones.
renglones.
221
=
422
=
823
=

58. Tablas de verdad
T T T
T F F
F T F
F F F
p q qp ∧
T T T
T F T
F T T
F F F
p q qp ∨
disyunción p y q: proposición compuesta que es
falsa cuando ambas p y q son falsas y verdadera
en otro caso.
conjunción p y q: proposición compuesta que
es verdadera cuando tanto como p y q son
verdadera y falsa en otro caso.
422
= renglones

59. Leyes del álgebra de proposiciones
4. Ley distributiva
5. Ley de absorción
6. Ley de De Morgan ( ) pqqp ¬∧¬≡∨¬
( ) pqqp ¬∨¬≡∧¬
( ) pqpp ≡∧∨
( ) pqpp ≡∨∧
( ) ( ) ( )rpqprqp ∨∧∨≡∧∨
( ) ( ) ( )rpqprqp ∧∨∧≡∨∧

74. El estado inicial de la compuerta OR es el de todas sus
señales de entrada y salida
en cero lógico.

75. Observamos que poner S =1 obligó a que la salida Q
se convirtiera en 1

76. Logramos memorizar un 1 en la salida Q del circuito,
ya que ésta salida no cambiará, es decir, la bombilla
no se apagará aunque el canario se retire del columpio
o se vuelva a posar en él.

78. Adicionamos dos inversoras, lo que no producirá ninguna alteración en la salida

80. ¿Qué debe hacer Boole ahora para
activar nuevamente el sistema, es
decir de
apagar la bombilla en el caso de usar
un LATCH SET o de encender
nuevamente
la bombilla en el caso de usar un
LATCH RESET si no desea
interrumpir el
suministro de corriente del circuito
digital?

81. LATCH SET- RESET

87. Existe otra forma de evitar que las entradas S y R tomen el
valor de 1 al mismo
tiempo, y es usando una compuerta inversora entre las dos
señales, así, cuando S
sea Uno (1), R será (0), y cuando S sea Cero(0), R será
UNO (1):

102. SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES
1. TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO (SETUP-TIME)
TIEMPO ANTERIOR AL FLANCO DE TOMA DE DATOS. DURANTE ESTE TIEMPO LA SEÑAL
DE ENTRADA HA DE PERMANECER CONSTANTE PARA EVITAR ERRORES EN LA
LECTURA.
2. TIEMPO DE MANTENIMIENTO (HOLD-TIME)
TIEMPO POSTERIOR AL FLANCO DE TOMA DE DATOS (DURANTE ESTE TIEMPO LA
SEÑAL DE ENTRADA PERMANECERÁ CONSTANTE)
3. TIEMPO DE PROPAGACIÓN (DELAY-TIME)
TIEMPO QUE TRANSCURRE DESDE EL FLANCO ACTIVO DE RELOJ HASTA EL CAMBIO
DE ESTADO.
4. TIEMPO DE “PRESET” Y “CLEAR”
TIEMPO MÍNIMO QUE DEBEN DE ESTAR ACTIVADAS LAS SEÑALES DE PRESET Y CLEAR
Y QUE GARANTIZA SU CORRECTO FUNCIONAMIENTO.
5. FRECUENCIA MÁXIMA DE RELOJ
ES LA FRECUENCIA MÁXIMA PARA LA QUE EL FABRICANTE GARANTIZA EL CORRECTO
FUNCIONAMIENTO DE LOS BIESTABLES.

103. FLIP FLOP T
Tabla de Activación
J
K
C lo c k
Q
Q
C le a r
P r e s e t
T

104. J
K
C lo c k
Q
Q
C le a r
P r e s e t
D
FLIP – FLOP D
Tabla de Activación

105. Contador asíncrono – Método general de diseño
1. SE UTILIZAN BIESTABLES TIPO “T” O EQUIVALENTES.
2. EL NÚMERO DE BIESTABLES ES “N” Y “2N-1
< K ≤ 2N
”, DONDE “K” ES EL
NÚMERO DE ESTADOS O EL MAYOR DE LOS ESTADOS MAS 1 (SE
ELIGE EL MAYOR DE LOS DOS).
3. EL RELOJ DEL SISTEMA SE CONECTA AL BIESTABLE DEL BIT DE
MENOR PESO “LSB”.
4. LAS SALIDAS DE LOS BIESTABLES “QN
” SE CONECTAN A LAS
ENTRADAS DE RELOJ DE LOS BIESTABLES “QN+1
”.

106. EJEMPLOS DE APLICACIÓN: CONTADOR ASCENDENTE – DESCENDENTE
MODULO 4

107. CONTADOR ASCENDENTE – DESCENDENTE MODULO 8

108. CONTADOR DESCENDENTE: 7 - 6 – 5 – 4 - 3

109. 1. El número “n” de biestables necesarios, se obtiene de la expresión “2n-1
< k ≤ 2n
”,
donde “k” es el número de estados o el mayor de los estados de la secuencia a
implementar mas “1”, se elige el mayor de los dos.
2. Se dibuja y comprueba el diagrama de estados con el orden de la secuencia a
implementar.
3. Se elige el tipo de biestable que se va a utilizar en el diseño y se anota su tabla de
transiciones.
4. Se escribe la tabla de transiciones del contador con los posibles valores Qn(t)
y Qn(t+1)
de
las salidas de los biestables y los correspondientes valores de las entradas.
5. De la tabla del punto "4" se obtienen las funciones combinacionales de las entradas de
los biestables.
METODO DE DISEÑO

115. Recordemos que esta tabla nos está indicando tres cosas:
1. Que si el estado actual es 0, el estado futuro se tornará 1 cuando J
sea 1
2. Que si el estado actual es 1, el estado futuro se tornará 0 cuando K
sea 1
3. En cualquier otra condición el estado actual se conserva en el
futuro.
¿Cuantos flip-fliop se requiere usar?
Como se deben generar tres salidas Q0, Q1 y Q2. Se requiere de tres
flip-flop para generar cada un de ellas.
Lo que debemos lograr ahora es generar las señales de entrada J y K
para cada uno de los flip-flop, tal que se generen las transiciones de
estado que se plantean en la tabla de estados.
Es decir, necesitamos generar los estados futuros Q0, Q1 y Q2 de los
estados
actuales dados, ¿cómo deberán ser entonces J0K0, J1K1 y J2K2
para que éstos
cambios de estado se generen?

117. Como las salidas de los flip-flop Q0, Q1 y
Q2 no son sistemas aislados, es decir,deben
interactuar todos juntos, los estados de las
variables J y K de cada flip-flop deberán
armonizar con los estados de Q0,Q1 y Q2.
Analicemos el caso de Q0:
Tomemos los valores de Q0 de la tabla de
estado y veamos que valores deben
tomar J0 y K0 para generar las transiciones
de Q0 de acuerdo con la tabla del flipflop
JK:

124. CONTADOR SÍNCRONO GENERADOR DE UNA SECUENCIA
Diseñar un contador sincrono de la secuencia: 0 – 1 - 8

125. Podemos resumir el diseño de circuitos secuenciales en
las siguientes etapas:
Establecer secuencia
Identificar números de estados
Asignación de estados
Tabla de transición
Ecuaciones excitación
Ecuaciones de la salida
Circuito

130. ___
1
___
2
___
30 QQQJ =
___
10
___
23 QQQJ =
0J2 =
0J1 = 1K1 =
1K0 =
1K2 =
1K3 =

132. Diagrama de estados de un contador síncrono BCD ascendente/descendente.

133. flip-flops JK con Las entradas cortocircuitadas (flip-flops T).
Tabla de verdad del flip-flop T, en función del estado actual y el estado siguiente.
Qn Qn+1
T
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

140. x
Q1
Q0
Q1
+1
Q0+
1 D1
D
0
0 0 0 0 1 0 1
0 0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 1 1
0 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 1 0
1 1 0 0 1 0 1
1 0 1 0 0 0 0
1 0 0 1 1 1 1
DISEÑO DE UN CONTADODISEÑO DE UN CONTADO
ASCENDENTE DESENDENTE DE 2ASCENDENTE DESENDENTE DE 2
BITSBITS

142. 62256 - MEMORIA RAM ESTÁTICA 832Kx8 CMOS 70ns

143. 0
0
0
0
0
1
0
23
1
23
1
23
1
23
1
23
1
23
1
23
1
0
0
0
0
0
0
0
A0
10
A1
9
A2
8
A3
7
A4
6
A5
5
A6
4
A7
3
A8
25
A9
24
A10
21
A11
23
A12
2
CE
20
WE
27
OE
22
D0
11
D1
12
D2
13
D3
15
D4
16
D5
17
D6
18
D7
19
A13
26
A14
1
U1
62256
23
1 U2:A
74126
0
C.C

144. Estas memorias son de Acceso Aleatorio, lo que significa
que las posiciones en la memoria pueden ser escritas o
leídas en cualquier orden, independientemente de cual
fuera la última posición de memoria accedida. Cada bit en
una SRAM se almacena en cuatro transistores, que
forman un biestable. Este circuito biestable tiene dos
estados estables, utilizados para almacenar (representar)
un 0 o un 1. Se utilizan otros dos transistores adicionales
para controlar el acceso al biestable durante las
operaciones de lectura y escritura. Una SRAM típica
utilizará seis MOSFET para almacenar cada bit.
Adicionalmente, se puede encontrar otros tipos de SRAM,
que utilizan ocho, diez, o más transistores por bit.1 2 3
Esto es utilizado para implementar más de un puerto de
lectura o escritura en determinados tipos de memoria
de video.

145. Static Random Access Memory (SRAM), o Memoria Estática de Acceso Aleatorio