Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido Transversal: Operación de Circuitos Electrónicos Digitales. Profesional Técnico-Bachiller en

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1 Manual Teórico Práctico del Módulo Autocontenido Transversal: Operación de Circuitos Electrónicos Digitales Profesional Técnico-Bachiller en Mantenimiento de Equipo de Cómputo y Control Electrónica Industrial Mantenimiento a Sistemas Automáticos Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 1

2 e-cbcc Capacitado por: Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 2

3 PARTICIPANTES Director General José Efrén Castillo Sarabia Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Coordinador de las Áreas de Automotriz, Electrónica y Telecomunicaciones e Instalación y Mantenimiento Gustavo Flores Fernández Jaime G. Ayala Arellano Autores Consultores Formo Internacional, S. C. Revisor Técnico Alfonso Cruz Serrano Revisor Pedagógico Virginia Morales Cruz Revisores de Contextualización Agustín Valerio Armando Guillermo Prieto Becerril Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información e Instalación y Mantenimiento Manual Teórico - Práctico del Módulo Autocontenido Transversal para las Carreras de Profesional Técnico Bachiller en Electrónica Industrial, Profesional Técnico- Bachiller en Mantenimiento de Equipo de Cómputo y Control Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 3

4 Digital y Profesional Técnico-Bachiller en Mantenimiento a Sistemas Automáticos. D. R. a 2005 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. Av. Conalep N 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P Metepec, Estado de México. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 4

5 ÍNDICE Coordinadores 2 I. Mensaje al alumno 6 II. Cómo utilizar este manual 8 III. Propósito del curso módulo autocontenido transversal 11 IV. Normas de competencia laboral 12 V. Especificaciones de evaluación 13 VI. Mapa curricular módulo autocontenido transversal 14 Capítulo 1. Operación de circuitos combinatorios 16 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje Características de la electrónica digital 18 Orígenes 18 Conceptos básicos 19 Importancia Análisis de circuitos lógicos empleando sistemas numéricos 24 Qué son los circuitos lógicos 24 Los sistemas numéricos 25 Aritmética y métodos de conversión 33 Métodos de conversión Identificación de códigos de computadora 47 Códigos numéricos 47 Códigos de caracteres y otros códigos 52 Códigos para la detección y corrección de errores Análisis de circuitos lógicos empleando lógica boolenas 59 Postulados básicos 60 Dualidad 60 Teoremas fundamentales Circuitos de conmutación 62 Formas algebraicas de las funciones de conmutación 62 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 5

6 Compuertas lógicas Análisis de circuitos lógicos combinatorios 69 Método algebraico 69 Método de Tabla de Verdad 71 Análisis de diagramas de tiempo Síntesis de circuitos combinatorios 73 Redes 73 Circuitos AND-OR-INVERSOR 76 Factorización Simplificación de funciones de conmutación 78 Caracterización de los métodos de minimización 78 Mapas de Karnaugh Operación de circuitos mediante lógica modular descendente 89 Codificadores y Decodificadores 89 Multiplexores y Demultiplexores Circuitos con elementos de aritmética binaria 101 Sumadores 101 Comparadores 109 La Unidad de Lógica y Aritmética (ALU) 113 Prácticas y Listas de Cotejo del Capítulo Resumen del Capítulo Autoevaluación de conocimientos del Capítulo Respuestas a la autoevaluación de conocimientos del Capítulo CAPÍTULO 2. Operación de circuitos secuenciales 164 Mapa curricular de la unidad de aprendizaje Modelos de circuitos secuenciales 166 Representación de diagramas de bloques 166 Tablas y diagramas de estado Latches 170 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 6

7 Latch Set-Reset 170 Latch con retardo Circuitos de tiempo 176 Circuitos de tiempo en modo Astable 176 Circuitos de tiempo en modo Monoastable Los Flip-Flop s 179 El Flip-Flop s Set-Reset(SR) o Set-Clear(SC) 179 El Flip-Flop s D Registros de corrimiento 185 Registros de corrimiento genérico 185 Registros de corrimiento MSI 187 Ejemplos de diseño con registros Contadores 195 Contadores de tipo binario 195 Contadores de tipo BCD 196 Contadores de tipo Ascendente/Descendente 197 Contadores de tipo Módulo N Memorias 204 Las memoria ROM 204 Memoria PROM 207 Memoria EPROM 211 Memoria EEPROM El Convertidor Digital- Analógico 216 El convertidor DAC de Escalera R/2R 216 Funcionamiento 216 Circuito comercial Los Convertidores ADC 218 Convertidores tipo Flash 218 Convertidores A/D tipo Aproximaciones Sucesivas 220 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 7

8 Convertidores A/D tipo Rampa Binaria 223 Prácticas y Listas de Cotejo del Capítulo 2 Resumen del Capítulo 2 Autoevaluación de conocimientos del Capítulo 2 Respuestas a la autoevaluacion de conocimientos del Capítulo 2 Glosario de Términos E-CBNC Glosario de Términos E-CBCC Glosario de Términos Técnicos Referencias documentales 230 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 8

9 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 9

10 I. MENSAJE AL ALUMNO CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL DE OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES! Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral. El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral. Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 10

11 II. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, los resultados de aprendizaje de cada unidad. tienen la intención de conducirte a Es fundamental que antes de que vincules las competencias empezar a abordar los contenidos del requeridas por el mundo de trabajo manual tengas muy claros los con tu formación de profesional conceptos que a continuación se técnico. mencionan: competencia laboral, Redacta cuales serían tus objetivos unidad de competencia (básica, personales al estudiar este módulo autocontenido transversal. genéricas específicas), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de Analiza el Propósito del módulo desempeño, evidencias de autocontenido transversal que se conocimiento, evidencias por indica al principio del manual y producto, norma técnica de contesta la pregunta Me queda institución educativa, formación claro hacia dónde me dirijo y qué es ocupacional, módulo ocupacional, lo que voy a aprender a hacer al unidad de aprendizaje, y resultado de estudiar el contenido del manual? si aprendizaje. Si desconoces el no lo tienes claro pídele al PSP que significado de los componentes de la te lo explique. norma, te recomendamos que Revisa el apartado especificaciones de evaluación son parte de los requisitos que debes cumplir para consultes el apartado glosario de términos, que encontrarás al final del manual. aprobar el módulo. En él se indican Analiza el apartado «Normas Técnicas las evidencias que debes mostrar de competencia laboral, Norma durante el estudio del curso - técnica de institución educativa». módulo autocontenido transversal para considerar que has alcanzado Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 11

12 Revisa el Mapa curricular del módulo autocontenido transversal. Está diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 12

13 IMÁGENES DE REFERENCIA Estudio individual Investigación documental Consulta con el PSP Redacción de trabajo Comparación de resultados con otros compañeros Repetición del ejercicio Trabajo en equipo Sugerencias o notas Realización del ejercicio Resumen Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene Investigación de campo Portafolios de evidencias Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 13

14 III. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL Al finalizar el módulo, el alumno operará circuitos electrónicos digitales combinatorios y secuenciales, considerando las especificaciones técnicas de sus componentes, para la solución de problemas básicos sustentados en leyes físicas que rigen su comportamiento. Al mismo tiempo, estas competencias laborales y profesionales se complementarán con la incorporación de competencias básicas y competencias clave, que le permitan al alumno comprender los procesos productivos en los que está involucrado para enriquecerlos, transformarlos, resolver problemas, ejercer la toma de decisiones y desempeñarse en diferentes ambientes laborales, con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva; así como, lograr un desarrollo pleno de su potencial en los ámbitos personal y profesional y convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 14

15 IV. NORMAS DE COMPETENCIA LABORAL Para que analices la relación que guardan las partes o componentes de la NTCL o NIE con el contenido del programa del módulo autocontenido transversal de la carrera que cursas, te recomendamos consultarla a través de las siguientes opciones: Acércate con el PSP para que te permita revisar su programa de estudio del módulo autocontenido transversal de la carrera que cursas, para que consultes el apartado de la norma requerida. Visita la página WEB del CONOCER en en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido transversal, esté diseñado con una NTCL. Consulta la página de Intranet del CONALEP en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido transversal esté diseñado con una NIE. I. V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El docente mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 15

16 Al término del módulo deberás presentar un Portafolios de Evidencias 1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación. 1 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180). Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 16

17 VI. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO TRANSVERSAL Módulo Operación de Circuitos Electrónicos 90 hrs. 1 Operación de circuitos combinatorios 2. Operación de circuitos secuenciales 40 hrs. 50 hrs. Resultados de Aprendizaje 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos. 1.2 Operar circuitos lógicos implementados mediante lógica electrónica combinacional. 1.3 Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. 1.4 Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular. 2.1 Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado. 2.2 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop s. 8 hrs. 12 hrs. 8 hrs. 12 hrs. 10 hrs. 12 hrs. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 17

18 2.3 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. 2.4 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. 16 hrs. 12 hrs. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 18

19 OPERACIÓN DE CIRCUITOS COMBINATORIOS. Al finalizar el capítulo, el alumno operará circuitos electrónicos digitales de lógica combinatoria, identificando sus características básicas de funcionamiento para su análisis e implementación en sistemas de control. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 19

20 VI. MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo Operación de Circuitos Electrónicos 90 hrs. Unidades de 1 Operación de circuitos combinatorios 2. Operación de circuitos secuenciales 40 hrs. 50 hrs. Resultados de Aprendizaje 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos. 1.2 Operar circuitos lógicos implementados mediante lógica electrónica combinacional. 1.3 Simplificar funciones de circuitos lógicos combinatorios, empleando mapas de Karnaugh. 1.4 Operar circuitos lógicos combinatorios implementados mediante lógica combinatoria modular. 2.1 Analizar circuitos lógicos secuenciales empleando tablas y diagramas de estado. 2.2 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando Flip-Flop s. 8 hrs. 12 hrs. 8 hrs. 12 hrs. 10 hrs. 12 hrs. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 20

21 2.3 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando registros de corrimiento y contadores. 2.4 Operar circuitos lógicos secuenciales empleando convertidores y memorias. 16 hrs. 12 hrs. SUMARIO CARACTERÍSTICAS DE LA ELECTRONICA DIGITAL ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO SISTEMAS NUMÉRICOS IDENTIFICACIÓN DE CÓDIGOS DE COMPUTADORA ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO LÓGICA BOOLEANA CIRCUITOS DE COMBINACIÓN ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS COMBINATORIOS SÍNTESIS DE CIRCUITOS COMBINATORIOS SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES DE CONMUTACIÓN OPLERACIÓN DE CIRCUITOS MEDIANTE LÓGICA MODULAR DESCENDENTE CIRCUITOS CON ELEMENTOS DE ARITMÉTICA BINARIA RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1 Analizar circuitos lógicos combinatorios aplicando sistemas y códigos numéricos CARACTERISTICAS DE LA ELECTRONICA DIGITAL Orígenes El crecimiento explosivo de la electrónica digital ha penetrado todos los campos de la actividad humana, desde los ambientes especializados del campo militar, la industria, y las ciencias, hasta las aplicaciones cotidianas del hogar. Tal vez la computadora es el aparato electrónico que más dramáticamente ilustra el fenomenal desarrollo de la electrónica digital. Las primeras computadoras de tipo digital se construyeron con switches y Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 21

22 relevos constituyéndose en verdaderos monstruos electromecánicos, los cuales posteriormente evolucionaron a sus versiones electrónicas construidas con tubos de vacío, de las cuales la primera fue el ENIAC. En contraste, las computadoras modernas, aparte de su reducido tamaño y bajo consumo de potencia, como lo evidencian los lap-tops o computadoras portátiles, han adquirido características de tipo genérico que las ha llevado casi que a convenirse en un electrodoméstico más en el hogar, desempeñando funciones tan variadas como las de procesador de texto, juegos, terminal de comunicaciones en Internet, herramienta de diseño en ingeniería, controlador de procesos industriales y un sinnúmero de aplicaciones en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Una mirada a nuestro alrededor, nos muestra manifestaciones de la electrónica digital en la forma de relojes digitales con precisiones de segundos al año; en el hogar, los hornos microondas, la lavadora de ropa, de platos, la video grabadora, entre otros, incorporan microcomputadoras dedicados que desempeñan funciones de control de manera transparente para el usuario que no se percata de la existencia de la computadora dentro de su electrodoméstico. Conceptos Básicos La electrónica digital puede definirse como la parte de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas digitales, binarios o lógicos. A diferencia de la electrónica lineal o análoga, que trabaja con señales que pueden adoptar una amplia gama de valores de voltaje, los voltajes en electrónica digital están restringidos a adoptar uno de dos valores, llamados niveles lógicos alto y bajo o estados 1 y 0. Generalmente, un nivel lógico alto ó 1, corresponde a la presencia de voltaje y un nivel lógico bajo ó 0 corresponde a la ausencia del mismo. Para entender los circuitos digitales y su funcionamiento, es preciso conocer la lógica digital. El propósito de este Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 22

23 manual es demostrar que la lógica digital no es sólo lógica sino que también es directa y de fácil comprensión. Se incluyen muchos problemas que ejemplifican los métodos y principios del diseño. La lógica es la aplicación metódica de principios, reglas y criterios de razonamiento para la demostración y derivación de proposiciones. Una proposición es una sentencia acerca de algo. La Lógica Digital es una ciencia de razonamiento numérico aplicada a circuitos electrónicos que realizaran decisiones del tipo si entonces, es decir, si una serie de circunstancias particulares ocurren, entonces una acción particular resulta. El resultado es siempre el mismo para una serie dada de circunstancias. Esa posibilidad de predecir el resultado final permite el diseño de sistemas digitales a partir de circuitos básicos llamados compuertas, que se describen posteriormente. En el vocabulario de la electrónica actual se vienen manejando dos términos bastantes relacionados y que a la vez representan dos técnicas distintas; estos términos son ANALOGICO y DIGITAL. La primera denominación tiene su origen en el vocablo griego análogos que puede traducirse como una relación exacta, la segunda acepción se basa en la palabra latina digitus (dedo). Una de las acepciones de la palabra analógico indica que se trata de una forma de medida o de representación de un fenómeno, en la que el indicador que representa la salida puede variar de manera continua, reflejando con sus movimientos los cambios en la entrada; esto significa que puede variar en un intervalo continuo de posibilidades o valores. Por otra parte, cuando se alude al término digital, dicha representación únicamente puede adoptar uno de dos valores posibles; por ejemplo, falsoverdadero, alto-bajo, abierto-cerrado, etc.. En este caso no pueden existir valores intermedios entre 0 y 1. Importancia Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 23

24 Además de las comodidades implicadas en el uso de aparatos electrónicos que se comentaron anteriormente, los sistemas digitales deben su importancia a una serie de ventajas. A continuación se mencionan las principales: 1. Los sistemas digitales generalmente son más fáciles de diseñar. Esto se debe a que los circuitos que se usan son circuitos de conmutación, donde los valores exactos del voltaje o la corriente no son importantes, sólo el intervalo o rango (ALTO o BAJO) en el que se encuentran. 2. El almacenamiento de información es fácil. Se logra mediante dispositivos y circuitos especiales que se pueden pegar a la información digital y retenerla el tiempo que sea necesario, y las técnicas de almacenamiento en masa que pueden reunir millones de millones de bits de información en un espacio físico relativamente pequeño. En contraste, las capacidades analógicas son extremadamente limitadas. 3. Mayor exactitud y precisión. Los sistemas digitales pueden manejar el número de dígitos de precisión necesario con sólo agregar más circuitos de conmutación. Por lo general, en los sistemas analógicos la precisión se limita a tres o cuatro dígitos, ya que los valores de los voltajes y de las corrientes dependen en forma directa de los valores que tienen los componentes de los circuitos y son afectados por fluctuaciones aleatorias del voltaje (ruido). 4. La operación se puede programar. Es muy fácil diseñar sistemas digitales cuya operación se controla mediante un conjunto de instrucciones almacenadas llamado programa. Los sistemas analógicos también se pueden programar, pero la variedad y complejidad de las operaciones son muy limitadas. 5. Los circuitos digitales son menos susceptibles al ruido. Las fluctuaciones involuntarias en el voltaje (ruido) no son tan críticas en los sistemas digitales, puesto que el valor exacto de un voltaje no es importante, siempre y cuando el ruido no sea tan intenso Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 24

25 como para impedirnos distinguir entre un valor ALTO y uno BAJO. 6. Se puede fabricar más circuitería digital en los chips de los circuitos integrados. Es cierto que la circuitería analógica también se ha beneficiado del tremendo desarrollo de la tecnología de los circuitos integrados, pero su complejidad relativa y el uso de dispositivos que no pueden ser integrados económicamente (capacitores de alto valor, resistencias de precisión, inductores, transformadores) han impedido que los sistemas analógicos alcancen el mismo grado de integración que los digitales. En resumen, la electrónica digital tiene una enorme importancia porque permite realizar operaciones que serían muy costosas de hacer empleando métodos analógicos. Las aplicaciones de electrónica digital para desarrollar mecanismos automáticos, así como su papel central para el diseño de los ordenadores o computadoras, confirman sus ventajas en la práctica y su importancia en el mundo actual. Actualmente la mayor parte de los aparatos y circuitos electrónicos están conformados por lo menos por una sección digital que controla, procesa y ordena funciones específicas complementadas por la electrónica analógica. La aplicación más común se da en la etapa de control de cualquier equipo electrónico -televisores, videocasseteras, videocámaras, etc.-, así como en procesos de control industrial. Y por supuesto, en la computadora, que depende ciento por ciento de la electrónica digital. En el campo de la música, los discos compactos (CD s) han invadido el ambiente dado su reducido costo de producción; sintetizadores musicales de todo tipo, instrumentos tan tradicionales y acústicos como los tambores, las guitarras y los violines han sido reemplazados por versiones completamente electrónicas en donde ni el cuero, ni la madera, ni las cuerdas tienen ya nada que ver con la música. Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 25

26 En el campo militar, las últimas guerras han mostrado con lujo de detalle la potencia mortífera de armas tan sofisticadas como los misiles de crucero que almacenan en su interior mapas digitalizados del terreno sobre el cual vuelan y que reciben información de su posición vía localizadores GPS, o bombas inteligentes, entre otras. La medicina, por supuesto, también se ha visto beneficiada por la electrónica digital mediante el diseño de poderosas máquinas de diagnóstico no invasivo que gracias al poder de cálculo de las computadoras digitales, permiten generar imágenes asombrosas del interior del cuerpo humano. Por supuesto, las aplicaciones a nivel industrial son incontables. Baste mencionar cómo trenes de engranajes para reducción y control de velocidad de procesos están siendo reemplazados por motores digitales; cómo los variadores de velocidad - otrora complejos mecanismos repletos de piñones- dejan su lugar a variadores electrónicos de velocidad, o cómo el control de inventarios y las bodegas están completamente automatizados gracias a los sistemas basados en códigos de barras. Actualmente ya no es extraño encontrar robots en las fábricas de tecnología avanzada, e incluso ver en operación fábricas en las que todo el proceso productivo ha sido automatizado y prácticamente ya no hay trabajadores. CONTEXTUALIZAR CON: Estudio individual Competencia analítica: Identificar las características y principios del álgebra booleana y su relación con la electrónica digital Investiga cuándo y cómo se originó el álgebra booleana y qué papel tuvo en el desarrollo de la electrónica digital Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 26

27 Analiza la información que obtuviste e identifica cuáles son los principios y características del álgebra booleana Elabora un texto en el que expliques cuáles son las relaciones más importantes entre el álgebra booleana y la electrónica digital Trabajo en equipo y elabora una nota en la que explique qué factores económicos y tecnológicos hicieron posible este cambio tan importante. Presenta las conclusiones de tu equipo y analizará las del resto del grupo para integrar una visión más completa sobre la manera en que surgió la electrónica digital y los factores que lo explican. Investigación documental Competencia lógica: Identificar las condiciones en que surgieron las primeras aplicaciones de la electrónica digital Con base en la información que presente el PSP, investiga en qué condiciones económicas y de desarrollo tecnológico surgieron las primeras aplicaciones de la electrónica digital. Analiza la información obtenida Competencia informativa Identificar antecedentes de los ordenadores actuales Investiga en textos o en la información disponible en Internet, qué es la ENIAC Analiza la información que hayas conseguido Elabora un resumen en el que expliques cuáles son las aportaciones de la ENIAC al Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 27

28 desarrollo de las computadoras ANÁLISIS DE CIRCUITOS LÓGICOS EMPLEANDO SISTEMAS NUMÉRICOS Qué son los circuitos lógicos Un circuito lógico es una configuración electrónica de M entradas y N salidas, en la que cada salida es una función de una o más variables de entrada. En otras palabras, es la representación de un árbol de decisiones que sólo utiliza niveles de 0 ó 1, porque tanto las entradas como las salidas únicamente pueden adoptar esos dos valores lógicos. Su nombre se debe a que por sus características, los circuitos lógicos nos permiten utilizar el álgebra booleana como herramienta para el análisis y diseño de circuitos digitales. Véase la siguiente figura. ENTRADAS SALIDAS CIRCUITO LOGICO Para comprender lo anterior pueden analizarse dos ejemplos de circuitos electrónicos: un circuito para mostrar un fenómeno analógico y otro circuito de naturaleza digital. El primer ejemplo se ilustra en la figura que aparece enseguida; en ella se representa un circuito analógico en el cual cuando se hacen variaciones en la resistencia de regulación se pueden conseguir una variación continua en la iluminación, llevándola desde un valor mínimo hasta un valor máximo. + - max Regulador min Poca luz Mucha luz Circuito eléctrico analógico simple El circuito que muestra un fenómeno digital aparece en figura que se encuentra debajo de este párrafo. Analizando el circuito se puede concluir lo siguiente: cuando el interruptor se cierra la lámpara se enciende, mientras que con el interruptor abierto la lámpara se Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 28

29 apaga, así la salida esta en uno de las dos posibilidades y no en un valor intermedio. Interruptor cerrado = 1 Interruptor abierto = A B Circuito eléctrico digital simple En este sentido, una diferencia fundamental entre los circuitos analógicos y digitales radica en la cantidad de valores que pueden manejarse: mientras que los circuitos digitales únicamente permiten utilizar el 1 y el 0, los analógicos operan con base distintos en sistemas numéricos. Los Sistemas Numéricos Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas de generación que permiten construir todos los números válidos en el sistema. El sistema de numeración más conocido en el mundo es el sistema decimal que emplea 10 dígitos para expresar cualquier cantidad; sin embargo, existen otros sistemas que también son muy usados y cuyas características permiten hacer otro tipo de manejo en el campo de la electrónica. El sistema binario utiliza solamente dos números y por ello es perfectamente compatible con los eventos de naturaleza digital, en los que existen como ya se ha dicho solamente dos opciones. Así por ejemplo en la figura anterior podemos asignar el número 0 al circuito abierto (foco apagado) y al circuito cerrado el numero 1 (foco encendido), o en todo caso llamarles bajo o alto. En el campo de la electrónica se utilizan los siguientes sistemas numéricos: Sistema Decimal Formado por diez símbolos. Base 10 Sistema Binario Formado por dos símbolos. Base 2 Sistema Octal Formado por ocho símbolos. Base 8 Electricidad y Electrónica, Tecnologías de la Información 29