Tema 1. Circuitos digitales Electrónica Industrial. Andrés Iborra García Departamento de Tecnología Electrónica Sep?embre 2012

Transcripción

1 Tema 1. Circuitos digitales Electrónica Industrial Andrés Iborra García Departamento de Tecnología Electrónica Sep?embre 2012

2 Índice Índice 1. Circuitos digitales combinacionales Señales analógicas y digitales Señales digitales Disposi?vos lógicos combinacionales Circuitos integrados Álgebra de Boole Diseño de circuitos combinacionales. 2. Circuitos digitales secuenciales 2.1 Flip- Flops y Latches. 2.2 Flip- flops ac?vados por flanco. 2.3 Aplicaciones de los Flip- Flops. 3. Tecnologías TTL y CMOS 3.1 Familias Lógicas. 3.2 Parámetros caracterís?cos. 3.3 Hojas de datos de los fabricantes de CI. 3.4 Conec?vidad entre CI de diferentes familias. Electrónica Industrial 2

3 Índice Índice 4. Circuitos integrados MSI. 4.1 Niveles de integración de los CI digitales. 4.2 Operaciones aritmé?cas. 4.3 Comparadores. 4.4 Codificadores. 4.5 Decodificadores. 4.6 Mul?plexores. 4.7 Demul?plexores. 5. Diseño de Sistemas Digitales con Circuitos Integrados LSI y MSI 5.1 Habilitación de puertos de E/S. 5.2 Sistema de recuento de votos. 5.3 Display digital. 5.4 Teclado digital. 5.5 Display mul?plexado. Electrónica Industrial 3

4 Combinacionales Combinacionales Sistemas mecánico ACTUADORES Solenoides, relés, piezoeléctricos Motores de con?nua Motores paso a paso Servomotores Disposi?vos hidráulicos y neumá?cos. Interruptores Pulsadores Potenciómetros LDRs Fotocélulas Encoders SENSORES Galgas extensom Termopares Acelerómetros MEMs ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE ENTRADA E INTERFACES C. discretos Amplificadores Filtros A/D VISUALIZADORES LEDs Displays LCD CRT TFT ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE SALIDA E INTERFACES D/A Amplificadores PWM Transistores SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL Combinacionales Secuenciales μp μc SoC Comunicaciones Algoritmos Socware Electrónica Industrial 4

5 Señales analógicas y digitales Combinacionales En contraste con una señal analógica, en una señal digital solo existen niveles o estados específicos y cambia su nivel en pasos discretos. Señal Analógica H L Señal Digital En electrónica digital las señales serán de tensión. V H, H: Tensión o nivel alto; V L, L: Tensión o nivel bajo Electrónica Industrial 5

6 Señales digitales. Niveles de tensión Combinacionales Voltajes típicos TTL CMOS* V Hmax 5V 5V V Hmin 2V 3,5V Zona incertidumbre V Lmax 0,8V 1V V Lmin 0V 0V V Hmax V Hmin V Lmax V Lmin * Aunque los disposi?vos CMOS se pueden alimentar entre 3 y 18V, en este curso solo consideraremos la tensión de 5V para alimentar este?po de disposi?vos. Electrónica Industrial 6

7 Señales digitales. Aspecto real. Sobreimpulso o sobreoscilación Combinacionales Rizado 90% Amplitud 50% t w Ancho del impulso 10% Rizado t r Tiempo de subida t f Tiempo de caida Subimpulso Electrónica Industrial 7

8 Disposi?vos lógicos combinacionales Combinacionales Los disposi?vos lógicos combinacionales son disposi?vos digitales que convierten entradas binarias en salidas binarias en base en las reglas del Álgebra de Boole. Los disposi?vos más sencillos son las Puertas Lógicas. Puertas básicas AND OR A B S A B S NOT BUFFER A S S=A.B S=A+B S=A S=A Mejora el fan- out A S Puertas compuestas NAND A B S NOR A B S XOR A B S XNOR S=(A.B) S=(A+B) S=A.B +A.B S=A.B+A.B A B S Electrónica Industrial 8

9 Circuitos Integrados. Empaquetado. Combinacionales Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

10 Circuitos Integrados. Familias lógicas. Combinacionales Existen una gran variedad de familias de circuitos integrados dependiendo de sus caracterís?cas tecnológicas de fabricación. Las más u?lizadas son: TTL. Lógica Transistor- Transistor. CMOS. Semiconductores complementarios de óxido metálico. ECL. Lógica de emisor acoplado. Atención! Los niveles lógicos varían dependiendo del?po de familia. Un diseñador debe tener cuidado cuando mezcle diferentes?pos de circuitos integrados digitales porque pueden tener caracterís?cas incompa?bles (niveles de tensión de entrada- salida, fan- out, corrientes, etc.) Electrónica Industrial 10

11 Circuitos Integrados. Ejemplos Combinacionales Electrónica Industrial 11

12 Circuitos Integrados. Fabricación. Combinacionales Electrónica Industrial 12

13 Álgebra de Boole. Combinacionales El álgebra de Boole se u?liza para el análisis y síntesis de circuitos digitales. Estados posibles. Lógica posi?va: 0: Nivel de tensión bajo (LOW, L) 1: Nivel de tensión allto (HIGH, H) Lógica nega?va: 1: Nivel de tensión bajo 0: Nivel de tensión alto Señales eléctricas y Variables Booleanas. Las señales en los sistemas digitales se representan mediante caracteres alfabé?cos A, B, X o una combinación de letras y números A1, A2, A3... y se corresponden con variables booleanas. Pueden tomar dos valores (0 ó 1). Se corresponden con señales de entrada, de salida o intermedias. Electrónica Industrial 13

14 Álgebra de Boole. Axiomas. Combinacionales Se postulan 5 pares de axiomas: Abstracción digital. (A1) X=0 si X 1 (A1 ) X=1 si X 0 OJO!!! Se cumple el principio de dualidad Función inversora. (A2) Si X=0 entonces X =1 (A2 ) Si X=1 entonces X =0 OJO!!! Se cumple el principio de dualidad Definición formal de las operaciones básicas. (A3) 0.0 = 0 (A3 ) 1+1 = 1 (A4) 1.1 = 1 (A4 ) 0+0 = 0 (A5) 0.1 = 1.0 = 0 (A5 ) 1+0 = 0+1 = 1 Electrónica Industrial 14

15 Álgebra de Boole. Teoremas (I). Combinacionales Teoremas fundamentales. OR AND NOT A+0 = A A.0 = 0 A =A A+1 = 1 A.1 = A A+A = A A.A = A A+A = 1 A.A = 0 Propiedad Conmuta?va. A+B = B+A A.B = B.A Propiedad Asocia?va. (A+B)+C = A+(B+C) (A.B).C = A.(B.C) Propiedad Distribu?va. A.(B+C )= (A.B)+(A.C) A+(B.C) = (A+B).(A+C) Los teoremas se pueden demostrar por Inducción Perfecta o Teoría de Conjuntos Electrónica Industrial 15

16 Álgebra de Boole. Teoremas (II). Otros Teoremas. A+(A.B)=A A.(A+B)=A A+(A.B)=A+B (A+B).(A+B )=A (A+B).(A+C)=A+(B.C) A+B+(A.B )=A+B (A.B)+(B.C)+(B.C)=(A.B)+C (A.B)+(A.C)+(B.C)=(A.B)+(B.C) Combinacionales Teoremas de De Morgan. 1er Teorema (A.B) = A +B A (A. B) A A +B 2º Teorema B B (A+B) = A.B A (A + B) A A. B B Electrónica Industrial 16 B

17 Diseño de circuitos combinacionales. Combinacionales Los circuitos combinacionales se caracterizan porque las salidas solo dependen del estado actual de las entradas. Son circuitos que no almacenan ningún?po de información y se pueden construir u?lizando exclusivamente puertas lógicas. Ejemplo Circuito para conver?r números binarios de 3 bits a código Gray A B C Conver?dor Binario / Código Gray X Y Z Electrónica Industrial 17

18 Diseño. Flujo de trabajo Combinacionales Definir el problema con palabras Iden?ficar entradas y salidas Obtener la tabla de verdad Obtener forma canónica Obtener 1ª o 2ª Forma canónica Minimizar función lógica Diagramas de Karnough Obtener esquema lógico Electrónica Industrial 18

19 Diseño. Tabla de verdad Combinacionales A B C Conver?dor Binario / Código Gray X Y Z A B C X Y Z Electrónica Industrial 19

20 Diseño. Mapas de Karnaugh (I) A B S A B C S S A 0 1 B S BC A A B C D S Combinacionales El método de Karnaugh es un procedimiento gráfico de minimización de circuitos lógicos combinacionales. Se basa en representar la información de la tabla de verdad sobre los mapas de Karnaugh y luego aplicar un conjunto de reglas de agrupamiento. Electrónica Industrial 20 S CD AB

21 Diseño. Mapas de Karnaugh (II) Fundamento del Método. Combinacionales A B C S A B C S A B C S S BC A S BC A S BC A S=A B C+A BC=A C(B +B)=A C S=A BC+ABC=BC(A +A)=BC S=C Solo son posibles agrupamientos de 2 n elementos. 1, 2, 4, 8, 16, 32 Electrónica Industrial 21

22 Diseño. Mapas de Karnaugh (III) Agrupamientos permi?dos. Combinacionales AB BC D CD A CD AB C S=A CD+BC D +AB C AB CD C D AC S=C D +AC AB ABD CD B C D B CD S=ABD +B C D+B CD AB AB CD B D S=AB+B D Electrónica Industrial 22

23 Diseño. Mapas de Karnaugh (IV) Agrupamientos permi?dos. Combinacionales S AB CD D S=D S AB CD BC D AD A B CD S=BC D +AD+A B CD S AB CD B S=B S AB AB CD B D S=1 Electrónica Industrial 23

24 Diseño. Mapas de Karnaugh (V) Agrupamientos no permi?dos. Combinacionales S AB CD S AB CD No se permiten agrupamientos en L, ni diagonales Electrónica Industrial 24

25 Diseño. Mapas de Karnaugh (VI) Agrupamientos alterna?vos. Combinacionales AB A B C CD C D ABD ACD S=A B C +C D+ABD+ACD AB A B C CD C D ABC ACD S=A B C +C D+ABC+ACD Para un mismo mapa, la solución no?ene por qué ser única. Electrónica Industrial 25

26 Diseño. Mapas de Karnaugh (VII) Sistema?zación del método. Combinacionales 1º) Representar en un mapa de Karnough la función lógica o tabla de verdad que se deseé minimizar. 2º) Se agruparan los 1 siguiendo las reglas que a con?nuación se citan: Deberán construirse primero los grupos de celdas más grandes; cada uno deberá contener 2 n elementos. Deberán agregarse grupos cada vez más pequeños, hasta que cada celda que contenga un 1 se haya incluido por lo menos una vez. Deberán eliminarse los grupos redundantes (aun cuando se trate de grupos grandes) para evitar la duplicación. Electrónica Industrial 26

27 Diseño. Ejemplo Combinacionales A B C X Y Z A B C Conver?dor Binario / Código Gray X Y Z X AB Y AB Z AB A X C C C B Y X=A X=A B+AB =A + B X=BC +B C=B + C Z C Electrónica Industrial 27

28 Diseño. Condiciones indiferentes Combinacionales Diseñar un circuito que tome un número BCD y produzca una sola salida Y que esté ac?va si la entrada es: 1, 2, 5, 6 ó 9 Decimal A B C D S X X X X X X S AB CD X X X X X X S=C D+CD =C + D A B C D S Electrónica Industrial 28

29 Diseño propuesto En un barco el piloto automá?co controla la navegación e indica mediante cuatro señales N, S, E y O que rumbo lleva. Diseñar el menor circuito que decodifique el rumbo sobre un display de 7- segmentos, según el siguiente criterio: Si sigue rumbo norte, se ac?va el segmento a; si sur, el d. Si sigue rumbo este, se ac?van los segmentos b y c; si oeste, se ac?van e y f. Si sigue rumbo noreste se ac?van a y b; si noreste, a y f. Si sigue rumbo sureste se ac?van c y d; si suroeste, d y e. Combinacionales Electrónica Industrial 29

30 Circuitos digitales Secuenciales Secuenciales Sistemas mecánico ACTUADORES Solenoides, relés, piezoeléctricos Motores de con?nua Motores paso a paso Servomotores Disposi?vos hidráulicos y neumá?cos. Interruptores Pulsadores Potenciómetros LDRs Fotocélulas Encoders SENSORES Galgas extensom Termopares Acelerómetros MEMs ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE ENTRADA E INTERFACES C. discretos Amplificadores Filtros A/D VISUALIZADORES LEDs Displays LCD CRT TFT ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE SALIDA E INTERFACES D/A Amplificadores PWM Transistores SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL Combinacionales Secuenciales μp μc SoC Comunicaciones Algoritmos Socware Electrónica Industrial 30

31 Circuitos digitales secuenciales. Secuenciales Los circuitos secuenciales se caracterizan porque las salidas están determinadas no sólo por las entradas existentes sino también por la secuencia de entradas que condujeron al estado existente. ==> El circuito?ene MEMORIA. Entradas E 1 E n Circuito combinacional S 1 S n Salidas Memoria (Estado) Se pueden clasificar en SÍNCRONOS y ASÍNCRONOS Electrónica Industrial 31

32 Flip- Flops. Secuenciales Los flip- flops son los elementos más sencillos para almacenar información. Se caracterizan porque?enen dos y sólo dos estados posibles de salida. Al ser dichos estados ESTABLES se conocen también como biestables. Dentro de los diferentes?pos de flip- flops existentes, los más usados son los Latches y los Flip- Flops ac?vados por flanco Latches S S S R R R Flip- Flops ac?vados por flanco S CK S CK S CK R R R Electrónica Industrial 32

33 Latches. Secuenciales Los latches (cerrojos) son los biestables más sencillos ya que no precisan señal de reloj para su ac?vación. Se u?lizan poco (circuitos asíncronos). Latch SR S S S R R R S R n n Estado 0 0 n- 1 n- 1 Sin cambio RESET SET Estado Ambiguo S R n n Estado Estado Ambiguo SET RESET 1 1 n- 1 n- 1 Sin Cambio R S S R Electrónica Industrial 33

34 Flip- Flops ac?vados por flanco (I). Secuenciales En los flip- flops la señal de reloj (CK) sincroniza todos los cambios de los estados de salida del disposi?vo. Esto permite el diseño de circuitos complejos (μp y μc), donde todos los cambios se disparan o ac?van con una señal de reloj común. Flip- Flops SR S R CK n n S CK R 0 0 é n- 1 n é é é NA X X 0, 1, ê n- 1 n- 1 R S CK Electrónica Industrial 34

35 Flip- Flops ac?vados por flanco (II). Secuenciales Flip- Flops?po D R D CK D CK n n 0 é é 1 0 X 0, 1, ê n- 1 n- 1 CK D CK S CK R Electrónica Industrial 35

36 Flip- Flops ac?vados por flanco (III). Secuenciales Flip- Flops?po JK J K CK n n J J K CK 0 0 é n- 1 n é é é n- 1 n- 1 K CK X X 0, 1, ê n- 1 n- 1 J CK S CK K R Electrónica Industrial 36

37 Flip- Flops ac?vados por flanco (IV). Secuenciales Flip- Flops?po T T CK n n T T CK 0 é n- 1 n- 1 1 é n- 1 n- 1 X 0, 1, ê n- 1 n- 1 CK T CK J CK K Electrónica Industrial 37

38 Flip- Flops ac?vados por flanco (V). Entradas de control asíncronas Secuenciales Se u?lizan para poner la salida de un flip- flop a 0 o a 1 en cualquier momento. Reciben diferentes denominaciones (PRESET, CLEAR, DC SET, DC CLEAR, SET, RESET, DIRECT SET, DIRECT CLEAR). Preset J J K CK K CK Preset Clear Clear Electrónica Industrial 38

39 Aplicaciones de los Flip- Flops (I). Eliminación de rebotes (deboucing) en interruptores Secuenciales Se u?lizan para poner la salida de un flip- flop a 0 o a 1 en cualquier momento. Reciben diferentes denominaciones (PRESET, CLEAR, DC SET, DC CLEAR, SET, RESET, DIRECT SET, DIRECT CLEAR). S R Interruptor SPST (1 polo, 1 dirección) Interruptor SPDT (1 polo, 2 direcciones) Electrónica Industrial 39

40 Aplicaciones de los Flip- Flops (II). Registros de datos Secuenciales Los FF se pueden poner en cascada para construir registros de datos de tantos bits como se quiera. Configuraciones ƒpicas son de 4, 8, 16, 32, 64 o 128 bits. Se suelen u?lizar en los microprocesadores para retener datos para cálculos aritmé?cos. Los Registros son más caros que los dispositivos de memoria de las CPU pero mucho más rápidos. Electrónica Industrial 40

41 Aplicaciones de los Flip- Flops (III). Secuenciales Registros de desplazamiento Los registros de desplazamiento se suelen u?lizar para implementar conver?dores paralelo serie- serie paralelo con objeto de comunicar disposi?vos (USB, Fireware, HD Serial ATA, etc.). Electrónica Industrial 41

42 Aplicaciones de los Flip- Flops (IV). Contadores asíncronos Secuenciales Electrónica Industrial 42

43 Aplicaciones de los Flip- Flops (V). Contadores síncronos Secuenciales Electrónica Industrial 43

44 Familias Lógicas Tecnologías TTL y CMOS Una familia lógica es una colección de Circuitos Integrados que?enen caracterís?cas eléctricas similares en cuanto a sus entradas, salidas y circuitería interna. Las familias más usuales son la CMOS (Complementary Metal- Oxide- Semiconductor Field Effect Transistor), TTL (Transistor Transistor Logic) y ECL (Emi er Coupled Logic). El diseño lógico de un circuito digital es independiente de la tecnología usada, sin embargo para la realización sica de los circuitos si se debe tener en cuenta. En concreto, hay que considerar los siguientes factores: - Márgenes de ruido - Entorno de trabajo del circuito - Fan- out - Necesidad de: - Velocidad - Salidas en colector abierto - Consumo - Salidas Tri- State - Alimentación disponible Los chips de una misma familia lógica se pueden interconectar directamente Los chips de familias lógicas diferentes no?enen porque ser compa?bles Electrónica Industrial 44

45 Familias Lógicas. Tecnología CMOS Tecnologías TTL y CMOS La lógica CMOS u?liza pares complementarios MOSFET (NMOS y PMOS) como elemento básico. Inversor CMOS Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

46 Familias Lógicas. Tecnología TTL Tecnologías TTL y CMOS La lógica TTL u?liza transistores bipolares como elementos básicos Inversor TTL Electrónica Industrial 46

47 Parámetros caracterís?cos (I) Tensión de alimentación Tecnologías TTL y CMOS TTL => 5V CMOS => 5V, 3.3V y 2.7V Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

48 Parámetros carácterís?cos (II) Potencia consumida V CC V CC Tecnologías TTL y CMOS I CCH I CCL Si el ciclo de trabajo es el 50% => I CC = (I CCH +I CCL )/2 => P D =V CC.I CC La disipación de potencia en un circuito TTL se puede considerar constante dentro de su rango de frecuencias de operación. En CMOS la disipación de potencia depende de la frecuencia. En condiciones está?cas es extremadamente baja y aumenta cuando aumenta la frecuencia. Por ejemplo: Los CMOS presentan baja disipación estánca y una significanva disipación dinámica. TTL Scho kly => 2,2 mw (siempre). HCMOS => 2,75 µw (DC) y 170 µw (100 KHz). Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

49 Parámetros carácterís?cos (III) Tecnologías TTL y CMOS Niveles de entrada y salida CMOS y TTL 5V. Salida TTL V OH(max) 5V. Entrada TTL V IH(max) 1 lógico 1 lógico 2.7V. 0.5V. 0V. No permitido V OH(min) 0 lógico V OL(max) V OL(min) 2V. 0.8V. 0V. No permitido 0 lógico V IH(min) V IL(max) V IL(min) 5V. 4.95V. Salida CMOS 1 lógico V OH(max) V OH(min) 5V. 3.5V. Entrada CMOS 1 lógico V IH(max) V IH(min) No permitido No permitido 0.05V. V OL(max) 1.5V. 0 lógico 0 lógico Electrónica Industrial 49 0V. V OL(min) 0V. V IL(max) V IL(min)

50 Parámetros carácterís?cos (IV) Inmunidad al ruido Señal real que incluye una componente de ruido Tecnologías TTL y CMOS V H VH V IHmin Picos de ruido fuera de los límites permitidos Glitch debido al ruido V OH(max) 5V Salida TTL Entrada TTL V IH(max) 5V. Márgenes de ruido 1 lógico 1 lógico V NH = V OH(min) V IH(min) V NL = V IL(max) V OL(max) V OH(min) V OL(max) V OL(min) 2.7V 0.5V 0V No permitido 0 lógico No permitido Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación, VNH VNL 0 lógico V IH(min) V IL(max) V IL(min) 2V. 0.8V. 0V.

51 Parámetros carácterís?cos (V) Capacidad de carga de una puerta TTL cuando la salida está nivel ALTO Tecnologías TTL y CMOS Una puerta excitadora TTL (fuente) entrega corriente a las entradas de las puertas de carga en el estado ALTO (I IH ) y absorbe corriente de las puertas de carga en el estado BAJO (I IL ). Cuantas más puertas de carga se conectan a la fuente, mayor es la carga de la misma. La corriente que suministra la fuente aumenta con cada puerta de carga que se añade. Al aumentar esta corriente, la caída de tensión interna de la puerta excitadora aumenta., haciendo que la tensión de salida V OH disminuya. Si se conecta un número excesivo de puertas de carga, la tensión V OH cae por debajo de su valor mínimo V OH(min) Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

52 Parámetros carácterís?cos (VI) Capacidad de caga de una puerta TTL cuando su salida está a nivel BAJO Tecnologías TTL y CMOS Una puerta excitadora TTL (sumidero) absorbe corriente de las puertas de carga en el estado BAJO (I IL ). + 5 V. V OL I IL(1) + 5 V. I IL(2) + 5 V. I IL(n) La corriente de sumidero también aumenta con cada entrada de carga que se añade. Al aumentar esta corriente, la caída de tensión interna de la puerta excitadora aumenta, haciendo que V OL aumente. Si se conecta un número excesivo de puertas de carga, la tensión V OL se hará mayor que V OL(max) Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

53 Parámetros Carácterís?cos (VII) Fan- out Tecnologías TTL y CMOS Existe un límite para el número de entradas de carga que una puerta puede excitar. Este límite se denomina fan- out de la puerta. El fan- out para las puertas TTL standard es de 10 entradas y hasta 40 para TTL Scho ky. Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

54 Parámetros carácterís?cos (VIII) Comportamiento dinámico de las puertas CMOS Tecnologías TTL y CMOS Electrónica Industrial Fuente: Wakerly, John F. Diseño digital : principios y prác?cas / John F. Wakerly ed. Pearson Educación,

55 Hojas de datos de los fabricantes de CI Familia TTL Tecnologías TTL y CMOS Familia Características 74 Es la más antigua, fue introducida por Silvana en 1963 y popularizada por Texas Instruments. 74H 74L High Speed TTL Low Power TTL Tienen la misma estructura pero cambian los valores de los resistores El desarrollo de los transistores Schottky y su introducción en los años 70 en la familia TTL hizo obsoletas las familias 74, 74H, 74L 74S 74LS 74AS 74ALS 74F Schottky TTL Es la primera familia que utiliza transistores Schottky Mejora mucho la velocidad de la serie 74 pero con mucho más consumo. Low power Schottky TTL Es la TTL más utilizada y la menos costosa Iguala la velocidad de la serie 74 TTL pero consume una quinta parte. Advanced Shottky TTL Ofrece el doble de velocidad que la 74S con la mitad de consumo Advanced Low Power Schottky TTL Ofrece velocidades y consumos mejores que la LS. Rivaliza con la LS Fast TTL Esta posicionada entre la AS y la ALS Electrónica Industrial 55

56 Hojas de datos de los fabricantes de CI Familia CMOS Tecnologías TTL y CMOS Familia Características 4000 Es la más antigua, ha sido sustituida por el resto de familias. Eran lentas, presentaban un bajo consumo frente a las TTL de la época. Pero se conectaban mal con las TTL HC HCT VHC VHCT 74 FAM nn 74HC30, 74HCT30, 74AC30,74HCT30,74AHC30 Puertas NAND de 8 entradas High Speed CMOS High Speed CMOS, TTL Compatible Tienen mayor velocidad y mejor capacidad de consumo y de suministro de corriente que la 4000 Very High Speed CMOS Very High Speed CMOS, TTL Compatible Son el doble de rápidas que las HC y HCT, siendo compatibles eléctricamente. Electrónica Industrial 56

57 Hojas de datos de los fabricantes de CI Tecnologías TTL y CMOS h p://focus.?.com/docs/prod/folders/print/sn7400.html Electrónica Industrial 57

58 Conec?vidad entre CI de diferentes familias Tecnologías TTL y CMOS Cuando se diseñan sistemas digitales se recomienda usar solo una familia de disposi?vos (TTL o CMOS) pero a veces puede ser necesario conectar disposi?vos de dis?ntas familias, para ello es necesario que sean compa?bles en tensión e intensidad. Conec?vidad desde TTL a otros disposi?vos digitales Salida Entrada TTL Hasta 10 TTL O 40 LS TTL 5 V TTL 1KΩ Muchos CMOS Electrónica Industrial 58

59 Conec?vidad entre CI de diferentes familias Conec?vidad desde CMOS a otros disposi?vos digitales Tecnologías TTL y CMOS Salida Entrada CMOS Muchos CMOS CMOS Buffer 4049B Hasta 2TTL o 10 LS TTL Electrónica Industrial 59

60 Niveles de integración de los CI digitales Circuitos Integrados MSI Nivel de integración Nº de transistores Nº de puertas Fecha Tipo SSI (Small Scale Integra?on) MSI (Medium Scale Integra?on) LSI (Large Scale Integra?on) VLSI (Very Large Scale Integra?on) ULSI (Ultra Large Scale Integra?on) GLSI (Giga Large Scale Integra?on) 10 a a Puertas Flip- Flops 100 a a Contadores Mul?plexores Decodificadores Etc a a Microprocesadores Memorias a a Disposi?vos programables ASIC a a > > Electrónica Industrial 60

61 Operaciones aritmé?cas Circuitos Integrados MSI Sumadores A B 74LS283 C in C out A B C in C out Σ A B C in A B C in (A) (B) 74LS283 C out 74LS283 C out Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

62 Operaciones aritmé?cas Circuitos Integrados MSI Restadores A B 74LSXXX B in D B out A B B in B out D A B B in A B B in _ (A) (B) 74LSXXX B out D 74LSXXX B out D Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

63 Comparadores Circuitos Integrados MSI 7485 A B A>B A=B 0100 A A>B A=B A<B A>B A=B A<B 0 (BAJO) 0 (BAJO) 1 (ALTO) A<B 1100 B A 0100 A A>B A>B A>B A>B 0 (BAJO) A=B A<B A=B A<B A=B A<B A=B A<B 0 (BAJO) 1 (ALTO) 1100 B 0100 B Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

64 Codificadores Circuitos Integrados MSI Codificador decimal / BCD Codificador Gray / Binario A B X Y Z /- C Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

65 Decodificadores Decodificador BCD a 7 Segmentos Circuitos Integrados MSI 1001 BCD f e a g b c d Decodificador de cuatro bits (74154) Display 7 Segmentos Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

66 Mul?plexores (I) Circuitos Integrados MSI La función básica de un mul?plexor es dirigir la información digital procedente de diversas fuentes a una única línea para ser transmi?da a través de dicha línea a un des?no común. MUX S0 S1 0 1 S0 D0 D1 D2 D Y S1 D0 D1 S 1 S 0 Entrada Seleccionada 0 0 D0 0 1 D1 1 0 D2 1 1 D3 D2 D3 Y Electrónica Industrial 66

67 Mul?plexores (II) Circuitos Integrados MSI Los multiplexores nos permiten construir cualquier función combinacional. Para ello, tan solo hay que fijar las entradas del multiplexor a los niveles lógicos de la tabla de verdad que se quiere reproducir. A B C S MUX S= A B C+AB C A B C Una función combinacional de n variables requiere un MUX de 2 n canales de entrada Electrónica Industrial 67

68 Demul?plexores Circuitos Integrados MSI La función básica de un demul?plexor es realizar la función contraria al mul?plexor. Toma datos de una línea y los distribuye a un determinado número de líneas de salida. DEMUX S0 S1 Y D0 D1 D2 D3 Entrada de Datos Y D0 D1 S0 D2 S 1 S 0 Salida Seleccionada 0 0 D0 0 1 D1 1 0 D2 1 1 D3 S1 D3 Electrónica Industrial 68

69 Diseño de Sistemas Digitales con CI Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Los circuitos integrados se pueden usar como bloques para crear la funcionalidad deseada simplemente interconectándolos entre ellos. No existe una metodología predefinida, los diseños se realizan en base a la experiencia y las notas de aplicación que proporcionan los fabricantes. Es importante ver diseños ya existentes para aprender a diseñar nuevos. Electrónica Industrial 69

70 Habilitación de puertos de E/S Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

71 Sistema de recuento de votos Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

72 Display digital Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

73 Teclado digital Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

74 Display mul?plexado Diseño de Sistemas con Circuitos Integrados Electrónica Industrial Fuente: Thomas L. Fundamentos de Electrónica Digital. 9ª edición, Pearson- Pren?ce Hall

75 Dr. Andrés Iborra Universidad Politécnica de Cartagena Campus Muralla del Mar, s/n Cartagena Tel. Fax. E- mail Twi er Www