Circuito digitales. Nombre: Geraldo Antonio Apellido: Donayre Correa. Universidad: san Luis Gonzaga de Ica

Transcripción

1 Nombre: Geraldo Antonio Apellido: Donayre Correa Circuito digitales 2012 Universidad: san Luis Gonzaga de Ica Docente: Ing. Wilder Enrique Román Munive Materia: dibujo electrónico GERALDO San Luis Gonzaga de ica 16/04/2012

2 Circuito digital Circuito Lógico es aquél que maneja la información en forma binaria, o sea con valores de "1" y "0". Estos dos niveles lógicos de voltaje fijos representan: "1" nivel alto o "high". "0" nivel bajo o "low". Definición Los circuitos cuyos componentes realizan operaciones análogas a las que indican los operadores lógicos se llaman "Circuitos Lógicos" o "circuitos digitales". Los Circuitos Lógicos están compuestos por elementos digitales como la compuerta AND (Y), compuerta OR (O), compuerta NOT (NO) y otras combinaciones muy complejas de los circuitos antes mencionados. 1.1.COMPUERTAS LOGICAS: Una compuerta lógica es un circuito lógico cuya operación puede ser definida por una función del álgebra lógica, cuya explicación no es el objeto de esta obra. Veamos entonces las compuertas lógicas básicas, para ello definamos el termino tabla de la verdad, por utilizarse a menudo en las técnicas digitales. Se llama tabla de verdad de una función lógica a una representación de la misma donde se indica el estado lógico 1 o 0 que toma la función lógica para cada una de las combinaciones de las variables de las cuales depende Inversor: Un inversor es un circuito lógico que tiene una sola entrada y una sola salida. La salida del inversor se encuentra en el estado lógico 1 si y solo si la entrada se encuentra en el estado lógico 0. Esto significa que la salida toma el estado lógico opuesto al de la entrada Compuerta lógica AND : Las puertas lógicas AND (o Y en castellano) son circuitos de varias entradas y una sola salida, caracterizadas porque necesitan disponer de un nivel 1 en todas las primeras para que también la salida adopte ese nivel. Basta con que una o varias entradas estén en el nivel 0 para que la salida suministre también dicho nivel. Todas las unidades AND o derivadas del AND, deben tener señal simultanea en todas sus entradas para disponer de señal de salida Observando el funcionamiento de la unidad AND se comprende fácilmente que las entradas pueden ser aumentadas indefinidamente. Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si cualquier entrada es 1.

3 1.1.3.Compuerta lógica NAND: La función NO-Y, llamada mas comúnmente NAND es la negación de la función Y (AND) precedente. Así como en una puerta Y se necesita que exista nivel 1 en todas las entradas para obtener el mismo nivel en la salida, en una NAND el nivel de la salida seria 0 en las mismas condiciones. Por el contrario, cuando hay un nivel 0 en alguna de las entradas de una puerta Y la salida esta a nivel 0, mientras que en iguales circunstancias en una puerta NAND el nivel de salida seria 1. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que Es la función AND la que se ha invertido Compuerta lógica OR : La función reunión, también llamada O, al traducir su nombre ingles OR, es la que solo necesita que exista una de sus entradas a nivel 1 para que la salida obtenga este mismo nivel. La expresión algebraica de esta función, suponiendo que disponga de dos entradas, es la siguiente : s = a + b. Es suficiente que tenga señal en cualquiera de sus entradas para que de señal de salida (OR). Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es Compuerta lógica NOR : La función NOR consiste en la negación de la O, o sea, asi como esta suministra nivel 1 a su salida si cualquiera de las entradas que posee esta a nivel 1, una puerta NOR se comporta justamente al revés. En la función NOR es suficiente aplicarle una cualquiera de sus entradas para que niegue su salida. la NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente Compuerta lógica EX OR : La función O exclusiva ( exclusive OR según el idioma ingles) se caracteriza porque su salida esta a nivel 1 siempre y cuando también lo estén un numero impar de sus entradas. Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre si Compuerta lógica EX AND : La función Y exclusiva (exclusive AND en ingles) se emplea para verificar comparaciones entre sus entradas. En efecto su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o Compuerta lógica EX NOR Es la función negada de la compuerta EX OR y es el contrario de la EX OR, su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o 0, al igual que las EX AND Compuerta lógica EX NAND : Es la función negada de la compuerta EX AND y es el contrario de la EX AND, Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre si.

4 1.4.ESPECIFICACIÓNES DE COMPUERTAS: Nombre Símbolo Gráfico Función Algebraica Tabla Verdad AND F = X Y X Y F OR F = X + Y X Y F INVERSOR F = X X F NAND F = (X Y) X Y F NOR F = (X + Y) X Y F XOR F = X Y + X X Y F Y XNOR F = X Y + X Y X Y F de

5 Usos: Los principales usos de los circuitos electrónicos digitales son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Los circuitos digitales manipulan y almacenan la información Generalmente, el propósito de un sistema digital es manipular información, esta información pueden ser, números o letras en una computadora, imágenes en la pantalla en juego de vídeo, ondas sonoras en un reproductor de CD, el control de válvulas y motores en una lavadora de ropa, o casi cualquier otra tarea. Dentro del sistema toda esta información está como señales digitales. Esto es, consiste en bits, o lo que es lo mismo, "ceros" y "unos". Para operar, un sistema digital primero toma información del exterior. Esta función se llama entrada, como en el caso de una persona poniendo información en una computadora o calculadora mediante el presionado de teclas. Una vez traducida esta entrada a señales digitales, el sistema la usa para crear cierta nueva información llamada datos procesados. Estos datos procesados son la base que le permite al sistema tomar decisiones, como en el caso de cuándo una máquina lavadora debe abrir o cerrar las válvulas de llenado del tambor, encender y apagar el motor de agitación etc. Para ayudar a tomar decisiones, la mayoría de los sistemas digitales almacenan cierta cantidad de información para entonces usarla después. Esta función se llama memoria. En la memoria la información se guarda como 0 y 1 tal y como si se escribiera en un trozo de papel para no olvidarla, y se localiza en lugares específicos para luego tomarla de ahí. Finalmente el sistema hace uso del resultado de sus decisiones para hacer una operación en el exterior. Esta función se llama salida y en general se traduce a una señal utilizable por algún dispositivo externo. Como por ejemplo, escribir caracteres o construir imágenes en la pantalla de un monitor. En realidad casi cualquier cosa que pueda llamarse sistema hace uso de esas cuatro funciones: entrada, decisiones, memoria y salida. El propio cuerpo humano lo hace, por ejemplo; los ojos ven algo (entrada), el cerebro lo procesa y memoriza, y los músculos finalmente ejecutan la acción (salida).

6 Clasificación De Los Circuitos Integrados Existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados(ci): los análogos y los digitales; los de operación fija y los programables; en este caso nos encargaremos de los circuitos integrados digitales de operación fija. Estos circuitos integrales funcionan con base en la lógica digital o álgebra de Boole, donde cada operación de esta lógica, es representada en electrónica digital por una compuerta. La complejidad de un CI puede medirse por el número de puertas lógicas que contiene. Los métodos de fabricación actuales de fabricación permiten construir Cis cuya complejidad está en el rango de una a 105 o más puertas por pastilla. Según esto los Cis se clasifican en los siguientes niveles o escalas de integración : SSI ( pequeña escala ) : menor de 10 puertas. MSI ( media escala ) : entre 10 y 100 puertas. LSI ( alta escala ) : entre 100 y puertas. VLSI ( muy alta escala ) : a partir de puertas. La capacidad de integración depende fundamentalmente de dos factores : El ÁREA ocupada por cada puerta, que depende a su vez del tipo y del número de transistores utilizados para realizarla. Cuanto menor sea esta área mayor será la capacidad de integración a gran escala. El CONSUMO de potencia. En un circuito integrado se realizan muchas puertas en un espacio reducido. El consumo total del chip es igual al consumo de cada puerta por el número de puertas. Si el consumo de cada puerta es elevado se generará mucho calor en el chip debido al efecto Joule, de forma que si este calor no es disipado convenientemente se producirá un aumento de temperatura que puede provocar un funcionamiento anómalo de los circuitos.

7 Aquí un ejemplo de funcionamiento de un circuito digital Circuitos integrados digitales TTL Cómo funciona un circuito integrado TTL? 1 - Si E1 o E2 están a un nivel de voltaje de 0 voltios, entonces el transistor conduce, y Z = 0 Voltios 2 - Si E1 y E2 están a un nivel de voltaje de 5 voltios, entonces el transistor no conduce, y Z = 5 Voltios El inversor quedaría como se muestra en la figura de la izquierda. A la derecha ejemplo del patillaje de un circuito integrado TTL La serie de circuitos integrados TTL es la base de la tecnología digital. Siendo la compuerta NAND el circuitos base de la serie 74 XX Es importante tomar en cuenta que para su funcionamiento, la carga de entrada. - Con la señal de entrada en nivel bajo (LOW = 0), la entrada de la compuerta entrega corriente a la fuente de señal de aproximadamente 10 ma (miliamperio) - Con la señal de entrada en nivel alto (HIGH = 1), la entrada de la compuerta pide a la fuente de la señal de entrada una corriente de aproximadamente de ua (microamperios) - La entrada no conectada actúa como una señal de nivel alto (HIGH) La carga mayor ocurre cuando la señal de entrada es de nivel bajo (LOW). En este momento el transistor de salida tiene que aguantar mayor corriente. Generalmente los transistores de esta serie aguantan hasta 100 ma (miliamperios). Entonces solo se pueden conectar 10 entradas en paralelo (FAN IN = 10) Notas: - Las señales de entrada nunca deben de ser mayores que el voltaje de alimentación ni inferiores al nivel de tierra. - Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto, conectarla a Vcc (voltaje de alimentación). - Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo, conectarla a tierra - Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR, AND, conectarlas a una entrada que si se esté utilizando. - Es mejor que las salidas no utilizadas de un compuertas estén a nivel alto pues así consumen menos corriente. - Evitar los cables largos dentro de los circuitos.

8 - Utilizar por lo menos un capacitor de desacople (0.01 uf a 0.1 uf) por cada 5 o 10 paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y registros y uno por cada monostable. Estos capacitores de desacople eliminan los picos de voltaje de la fuente de alimentación que aparecen cuando hay un cambio de estado en una salida TTL / LS. (de alto a bajo y viceversa) Estos capacitores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre Vcc y tierra, lo mas cerca posible al circuito integrado.