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ELECTRÓNICA DIGITAL I

Ingeniería Electrónica

Ing. Jhon Jairo RamírezEcheverry

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INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DIGITAL

Ingeniería Electrónica

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Actividades Pre-Clase • Control lectura documentos de la materia.

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TEMARIO DE LA SESIÓN • • • • • • • 8. 9.

¿ Qué es la electrónica digital (5)? Aplicaciones de los sistemas digitales (14) Esquema de conversión A/D (15) Referencias históricas y proyecciones (17) Representación de una cantidad digital (21) Integrados Digitales (27) Tipos de Lógica Digital (35) Taller de la clase (37) Actividades Post-Clase ()

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PRINCIPALES RAMAS DE LA ELECTRÓNICA De acuerdo con el tipo de señal: • Electrónica Análoga • Electrónica Digital • Electrónica de Potencia De acuerdo con su aplicación: • Electrónica de automatización y control • Electrónica automotriz • Electrónica de comunicaciones • Electromedicina, etc... 5

¿ QUÉ ES LA ELECTRÓNICA DIGITAL? La electrónica digital estudia dispositivos cuyo funcionamiento se logra a través de señales discretas en amplitud: Únicamente cuentan con dos valores posibles cero lógico y uno lógico en cualquier instante de tiempo. Ingeniería Electrónica

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Sistema con elementos Análogos Ejemplo de sistema analógico

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Sistema Digital

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Sistema Analógico - Digital

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Diferencias Características de cada sistema Los datos analógicos: – El mundo es esencialmente análogo. – Nuestros sentidos son sensores analógicos (13): Voz: 0 - 4kHz; Audio: 0 - 20kHz; Luz: 400nm - 700nm; Calor – Los generadores entregan la energía10 eléctrica en forma analógica.

Diferencias Características de cada sistema Los datos digitales: – Procesamiento y Almacenamiento eficiente (DVD, MP3). – Transmisión fiable (Celular). – Reproducción de resultados (Impresora). – Fáciles de diseñar (HDL). – Velocidad (Calculadora Vs ábaco). 11 – Economía y espacio (Computador).

Niveles de evolución

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APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DIGITALES Se utilizan: • En casi todos los ámbitos donde hay equipos electrónicos • No sólo son ordenadores • En equipo con la electrónica análoga

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Tipos de señal

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CONVERSIÓN ANÁLOGA DIGITAL

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REFERENCIAS HISTÓRICAS 

Jack Kilby



Primer circuito integrado 1958 (Texas Instruments) Incrementando Escala integración (nano-electrónica) (18)

   

Velocidad (GHz, Td = 10ps) (20) Disminuyendo Tamaños (0.1um) Potencia de disipación. TTL, CMOS 1980. Microelectrónica Década de los 90’s ASIC, HDL 80’s y 90’s Siglo XXI se avanza en la nanoelectrónica.

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PROYECCIONES Evolución Tec. Fabricación y N° de pines

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PROYECCIONES Evolución densidad de transistores y tamaños

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PROYECCIONES Evolución Frec. de trabajo y consumos del chip

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REPRESENTACIÓN DE UNA CANTIDAD DIGITAL ON ENCENDIDO ABIERTO VERDADERO SI “1” Ingeniería Electrónica

OFF APAGADO CERRADO FALSO NO “0” Ing. Jhon Jairo RamírezEcheverry

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REPRESENTACIÓN DE UNA CANTIDAD DIGITAL.

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En el laboratorio

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En el laboratorio SIGLA VHmax VHmin VLmax VLmin

DEFINICIÓN Voltaje Máximo para el nivel alto Voltaje Mínimo para el nivel alto Voltaje Máximo para el nivel bajo Voltaje Mínimo para el nivel bajo

CMOS TTL +5V +3.3V

+5V

+3.5V +2V

+2V

+1.5V +0.8V

+0.8V

0V 0V

0V

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Forma de onda digital real

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Formas de ondas digitales SIGLA Amplitud

tr tf tw

DEFINICIÓN Amplitud o tensión máxima Tiempo de Subida (time of raise) Flanco de subida Tiempo de Bajada (time of fall) Flanco de bajada Ancho del pulso (wide of pulse) 26

Encapsulados para dispositivos digitales

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Encapsulados para dispositivos digitales ENCAPSULADO

CLASES

•DIP (Dual in-line package) De Inserción (29) •PGA (Pin grid array) •SOIC (Small-outline IC) •PLCC (Plastic leaded chip De Montaje superficial carrier) (30) (SMT Surface -Mount •LCCC (leadless ceramic chip Technology)

•FP

carrier) (flat-pack)

(31)

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Encapsulados para dispositivos

29

Encapsulados para dispositivos digitales

30

Numeración de los pines

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Clasificación de los CI de acuerdo con su complejidad

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Tecnologías de fabricación de C.I.

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Tecnologías de fabricación de C.I.

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LÓGICAS EN ELECTRÓNICA DIGITAL 1. Lógica Combinacional: – Circuitos cuya salida depende de los estados actuales de sus entradas. – No tienen memoria – Circuitos con “capacidad” de decisión.

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LÓGICAS EN ELECTRÓNICA DIGITAL 2. Lógica Secuencial : – Circuitos cuya salida depende de los estados actuales de sus entradas y de sus salidas anteriores (Realimentación).. – Tienen memoria – Circuitos con “capacidad” de almacenamiento.

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TALLER DE LA CLASE 1. Defina Señal análoga, señal muestreada y señal digital. 2. De un ejemplo de un sistema análogo y de uno digital que maneje señales de: a) Audio b) Voz c) Imágenes d) Luz 4. Cite 5 ventajas de los sistemas digitales con respecto a los sistemas análogos 5. Para cada una de las siguientes señales calcule la cantidad de muestras por segundo que debe tomar el muestreador por medio del cual se haga la digitalización de la señal de: 37

TALLER DE LA CLASE • • •

Audio: Voz: Luz:

Bw = 0Hz – 20kHz Bw = 300Hz – 3400Hz λrojo = 400nm – λvioleta = 700nm • Sísmica: Bw = 0Hz – 100Hz 1. ¿Qué significan los términos de tecnología u-electrónica y tecnología nano-electrónica? 2. ¿Qué significan las siglas ASIC y HDL? 38

TALLER DE LA CLASE 1. Suponga que desea diseñar una alarma, la cual se debe activar en caso de abrir una puerta o ruptura de una ventana. Estado puerta Estado ventana

Sistema de Control digital

Estado alarma

Represente de manera digital, con “1” y “0”, los siguientes estados de las variables: 39

TALLER DE LA CLASE Puerta cerrada

Vetana O.K.

Alarma desactivada

Puerta cerrada

Vetana Rota

Alarma activada

Puerta abierta

Vetana O.K.

Alarma activada

Puerta abierta

Vetana Rota

Alarma activada

8. Defina tiempo de subida y tiempo de bajada de una señal digital. 9. Busque las hojas de datos de cualquier integrado digital (Ej: 74HC00) y encuentre su VHmin, VHmax, VLmin, Vlmax 40

TALLER DE LA CLASE 10. Defina las siglas SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI 11. Describa los dos tipos de lógica digital existentes 3. Suponga un dispositivo digital con 5 entradas: 4 de datos y una de control. El dispositivo fue diseñado de tal manera que cada vez que la señal de control es un “1”, éste permite ver a la salida el estado de la señal de entrada a la que le corresponda el turno. 41

TALLER DE LA CLASE En este caso se asignarán los turnos de manera ascendente y cuando llegue a IN3, vuelve a tener el turno la señal de entrada 0. El primer turno es para IN0. Dibuje la secuencia de la señal de salida (diagrama de tiempos) para los siguientes casos: 1010

IN0

1110 0101

IN1 Dispositivo digital IN2

0111

IN3

OUT

CONTROL OUT

CONTROL

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Actividades Post-Clase • Lectura a presentación Nº2

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