Índice general. 1. Introducción a la técnica digital Introducción Señales analógicas y digitales... 1

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1 Índice general 1. Introducción a la técnica digital Introducción Señales analógicas y digitales Señales analógicas Señales digitales Procesos digitales Convertidores A/D y D/A Procesador digital de temperatura Equipos de sonido con proceso digital Sistema numérico binario Lógica positiva y lógica negativa Valor posicional de los dígitos Sistema decimal Sistema binario Conversión binario-decimal Conversión decimal-binario Conversión a binario de decimal fraccionario Códigos binarios Introducción Código BCD natural Código BCD Aiken Código BCD exceso Código Gray Códigos alfanuméricos Sistema hexadecimal Conversiones entre binario y hexadecimal Conversión de binario a hexadecimal Conversión de hexadecimal a binario Conversiones entre decimal-hexadecimal Conversión de hexadecimal a decimal Conversión de decimal a hexadecimal Operaciones aritméticas básicas en binario Suma binaria Resta binaria Multiplicación División Ejercicios propuestos... 29

2 2. Circuitos digitales fundamentales y álgebra de Boole Introducción Operaciones lógicas fundamentales Suma lógica Producto lógico Complementación Simbología lógica Puertas lógicas Aspectos fundamentales sobre la lógica de contactos Puerta O (OR) Puerta Y(AND) Puerta NO (NOT): Inversor Puerta NO-O (NOR) Puerta NO-Y(NAND) Puerta O-exclusiva (Exclusive-OR) Lógica positiva y lógica negativa Álgebra de Boole: principios y reglas fundamentales Introducción Postulados fundamentales Postulados tipo suma Postulados tipo producto Propiedades y teoremas fundamentales Propiedad asociativa Propiedad conmutativa Propiedad distributiva Ley de absorción Teorema de Shannon Teoremas de De Morgan Teorema de dualidad Ejercicios propuestos Actividades prácticas de laboratorio Electrónica digital integrada: generalidades y tecnologías Introducción Circuitos integradoschips Cuestiones sobre la fabricación de chips Escalas de integración Tecnologías de los circuitos integrados digitales Tecnologías bipolares Tecnologías MOS... 75

3 3.5 Características generales de los CI digitales Características de entrada-salida Cargabilidad de salida (Fan-out) Curva de transferencia Ruido Disipación de potencia Tiempo de propagación (velocidad) Tecnología TTL Introducción Circuito de una puerta NO-Y TTL estándar Funcionamiento Características TTL estándar Series TTL Tecnología CMOS Circuito básico CMOS: Inversor Características típicas CMOS Series de CI CMOS Precauciones con los CI CMOS Ejercicos propuestos Desarrollo de circuitos combinacionales básicos Introducción Proceso de desarrollo de circuitos combinacionales Expresiones canónicas de la función Expresiones canónicas en suma de productos (minterms) Expresiones canónicas en producto de sumas (maxterms) Conversión a la forma canónica de expresiones no canónicas Simplificación de funciones Métodos de simplificación Simplificación algebraica Ejercicios de simplificación algebraica Ejercicios de desarrollo de circuitos, con simplificación algebraica Tablas de Kamaugh Introducción Proceso para la obtención de la expresión simplificada Estados indiferentes: X Realización de los circuitos con NO-Y y NO-O Realización con NO-Y Realización con NO-O Proceso de desarrollo práctico de circuitos sencillos de control lógico

4 4.5.1 Introducción Ejemplo de desarrollo: Circuito de control para una alarma Circuito de control para un motor Ejercicios propuestos Bloques lógicos MSI combinacionales y sus aplicaciones Introducción Codificadores Introducción Codificación sin prioridad Codificación con prioridad Circuito integrado 74HC Multiplexores Diseño de un multiplexor de cuatro canales CI multiplexores prácticos Ampliación de la capacidad de multiplexado Aplicaciones de los multiplexores Selector de entradas Señalizador Multiplexado de datos Generación de funciones lógicas El multiplexor como puerta programable Función de cuatro variables con un multiplexor de 16 canales (74150) Generación de funciones de n variables con multiplexores de n-\ variables selección Ejemplo de desarrollo de un circuito práctico de control mediante multiplexores Decodificadores y demultiplexores Introducción Decodificadores Decodificadores excitadores Decodificadores no excitadores Demultiplexores Circuito demultiplexor con el CI Sistema de transmisión multiplexada Bloques decodificadores y demultiplexores prácticos Extensión de decodificadores Sistema decodificador de cinco variables (32 salidas) Sistema decodificador de seis variables (64 salidas) Generación de funciones mediante decodificadores Función de cuatro variables con el CI 75HC Comparadores

5 5.5.1 Introducción Comparadores de una salida Comparador de datos de 4 bits Diseño de un comparador de tres salidas (>, =, <) CI 74HC85: Comparador de datos de 4 bits Comparador de datos de 8 bits con dos CI 74HC Ejercicios propuestos Circuitos aritméticos Introducción Semisumador Sumador total Diseño de sumador total Bloque integrado sumador de datos de 4 bits (7483) Aplicación práctica experimental del sumador 74LS Sumador de 8 bits con dos sumadores de 4 bits Circuitos restadores Números binarios con signonotación en complemento a dos Circuito restador de datos de 4 bits Circuito sumador-restador de 4 bits Unidad aritmético-lógica (ALU) Circuito integrado Ejercicios propuestos Circuitos secuenciales Introducción Estructura general de los sistemas secuenciales Circuitos secuenciales elementales: biestables Introducción Biestables SR Biestables síncronos y asíncronos Biestable SR síncrono por niveles Entradas asíncronas de forzado Biestable JK Biestable JK master-slave Biestable JK edge-triggered Biestable D Biestable D-latch Biestable T (Toggle)Divisor de frecuencias por dos Contadores Introducción Contadores asíncronos

6 Contadores de módulo diferente a T Contaje creciente y decreciente Contadores reversibles (up/down) Contadores síncronos Ejemplo práctico de diseño Bloques MSI contadores prácticos Circuito integrado 74 LS93: Contador de 4bits Circuito integrado 74HC4518: Doble contador síncrono BCD Sistemas contadores con visualización Displays multiplexados Registros de desplazamiento (Shift registers) Introducción Datos en formato paralelo y en formato serie Registro paralelo-serie Registro serie-paralelo Circuito integrado 74194: Registro de desplazamiento de aplicación general Estructura y diseño de autómatas Autómatas con estructura de Moore Autómata con estructura de Mealy Diseño de autómatas con estructura de Moore y Mealy Ejemplo de diseño con estructura de Moore Ejemplo de diseño con estructura de Mealy Ejercicios propuestos Diseños digitales prácticos Diseño de un reloj horario Contador de segundos/minutos (módulo 60) Contador de horas (módulo 24) Base de tiempos Control de motores paso a paso Introducción Diseño del circuito secuenciador Autómata con dos secuencias Diseño mediante contador y lógica de salida Diseño de un contador de revoluciones (r/min) con salida analógica Introducción Circuito básico de encendido Realización mediante el CI monoestable 74LS Realización con puertas lógicas Ejercicios propuestos

7 9. Introducción a los sistemas digitales programables Introducción Sistemas cableados y sistemas programables CPU Microprocesador Microcontrolador Microcontrolador PIC Estructura básica del procesador de un ordenador Buses Chipset Clock Estructura básica del hardware Funcionamiento básico Conceptos sobre software Memoria de sistema (BIOS) Memoria RAM Estructura harvard de procesadores Introducción a los microcontroladores PIC Introducción Proceso de desarrollo de aplicaciones con PIC Software de desarrollo Hardware de desarrollo Circuitos grabadores de PIC Circuito conectado al puerto paralelo Circuito conectado al puerto serie (RS232) Circuito conectado al puerto USB Entorno de desarrollo Ejemplo de circuito práctico Estructura básica de los microcontroladores pic Procesador estructura Harvard Técnica segmentada (pipeline) Procesador tipo RISC Recursos básicos de los microcontroladores pic Interrupciones Temporizadores (Timers) Watchdog Convertidor analógico-digital (A/D) Comparadores analógicos RAM no volátil (EEPROM) Modo Sleep Detector de tensión baja de alimentación

8 10.5 El Reset Power On Reset Circuitos de reset El Clock Circuitos de clock Procesador estructura Harvard Estructuración de la memoria Memoria de programa Vector de reset Vector de interrupciones El stack Memoria de datos Mapa de registros Registros especiales La velocidad de proceso: el clock Ciclo de instrucción Fases de ejecución de las instrucciones Aplicaciones prácticas con microcontroladores PIC. Programación Fases de desarrollo de aplicaciones con PIC El sistema de desarrollo de proyectos con PIC Entorno de programación en Pic Basic Profesional El software Microcode Studio Circuitos grabadores de PIC Grabador de tipo paralelo Grabador conectado al puerto USB Circuito grabador Winpic Pickit1 (de Microchip) Grabador tipo serie Software de grabación El programa IC-PROG El programa Winpic Configuración según el tipo de grabador El programa Pickit1 (Microchip) Estructura básica del microcontrolador PIC Estructura interna básica Estructura base funcional Programación de microcontroladores PICEl lenguaje de programación PIC Basic Profesional Introducción Proceso de compilado

9 Estructura del sistema básico de desarrollo Aplicaciones prácticas con el PIC 16F684Programación Características básicas del PIC 16F Programa para el encendido intermitente de un LED Diagrama de flujo Instrucciones del lenguaje Pic Basic Pro Instrucciones básicas del programa Programa para el control de 3 salidas en dos ports Circuito práctico Diagrama de flujo Programa fuente El programa en Microcode Studio Programa secuencial de 6 LEDs Programa fuente Circuito práctico Programa de rotación de bits con selección del sentido de rotación Circuito práctico Diagrama de flujo Programa fuente Aplicaciones prácticas con el PIC 16F628Programación Características básicas del PIC 16F Programa para un contador de segundos en binario de 8 bits (Leds) Diagrama de flujo Programa fuente Circuito práctico Programa de rotación de bits (LEDs) haciendo un contador y por multiplicación/división Por contador de 8 bits Multiplicando/dividiendo por Programa de rotación izquierda-derecha de 8 bits con control del sentido Programa fuente Circuito práctico Generación de sonidos por programa La instrucción SOUND Circuito para la generación de sonidos con PIC Programa para generar sonido bi tonal Programa para generar una secuencia de 10 sonidos Montaje experimental en protoboard Apéndice 1. Circuitos generadores de impulsos A1.1 Circuitos generadores de impulsos (clock) A1.1.1 Introducción

10 A1.2 Características de las señales de clock A1.2.1 Simetría A1.2.2 Nivel A1.2.3 Tiempo de ciclo (periodo): T A1.2.4 Ciclo de trabajo A1.2.5 Tiempos de transición A1.3 Circuitos prácticos generadores de impulsos A1.3.1 Oscilador de relajación con puertas CMOS A1.3.2 Circuitos con dispositivos Schmitt trigger A La función Schmitt trigger A Realización con TTL A Realización con CMOS A1.3.3 Multivibrador con puertas A1.4 Circuitos monoestables A1.4.1 Circuito con transistores A1.4.2 Realización con puertas A1.4.3 Monoestables en CI A Circuito integrado Apéndice 2. El circuito integrado A2.1 Introducción A2.2 Estructura interna A2.2.1 Señales de control A2.3 Configuración como generador de señales (clock) A2.3.1 Funcionamiento A2.3.2 Ejemplos prácticos de cálculo A2.4 Aplicación como circuito monoestable A2.4.1 Funcionamiento A2.4.2 Ejemplo de circuito práctico Apéndice 3. Sonda lógica A3.1 Introducción A3.2 Circuito de la sonda A3.2.1 Funcionamiento A3.3 Circuito con visualización mediante leds Apéndice 4. Actividades prácticas de simulación mediante el programa Multisim (Electronics Workbench) A4.1 Introducción A4.2 Principios básicos sobre la utilización de Multisim A4.3 Fases para la selección y ubicación de los componentes en la zona de trabajo

11 A4.4 Borrar, girar y voltear componentes A4.4.1 Borrar A4.4.2 Girar A4.4.3 Voltear A4.5 Movimiento de componentes A4.6 El cajetín (Title Block) A4.7 Colocación de texto en el circuito A4.8 Fases de realización de un circuito A4.8.1 Ejemplo: Circuito simulador de alarma de coche A4.9 Ejercicios desarrollados sobre electrónica digital A4.9.1 Análisis y experimentación de una puerta EXOR (circuito integrado 74LS86) A4.9.2 Experimentación de los teoremas de De Morgan A4.9.3 Experimentación de la propiedad distributiva del álgebra de Boole A4.9.4 Experimentación de un sistema de transmisión multiplexado A4.10 Ejercicios propuestos A Experimentación y análisis de las puertas lógicas básicas A Verificación, mediante circuitos, de postulados del álgebra de Boole A Hallar tablas de verdad mediante el Logic Converter A Realización de funciones lógicas mediante sólo puertas NAND A Verificación de las propiedades distributivas del álgebra de Boole A Contador BCD basado en el circuito integrado 74LS A Contador BCD realizado con biestables JK (CI 74LS73) A Contador ascendente-descendente (up/dow) de 4 bits A Contador de 0 a 5 basado en los bloques funcionales 4518 y A Contador de 0 a 59 basado en los bloques funcionales 4518 y Respuestas a los ejercicios propuestos Referencias...543