CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 2º CURSO ING. DE TELEC. 1er Parcial. Curso 10-11

Transcripción

1 1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DIGITAL Enumerar las características fundamentales de los circuitos digitales Qué es V ol? Qué relación tiene con V il? 1.3. Definir V ih e indicar a qué márgenes de ruido afecta Has diseñado un circuito y al realizarlo mides 0.v en la entrada de una puerta cuando se aplica un 0 Qué inconveniente presenta esta situación? 1.5. Qué significa que un circuito digital es regenerativo y qué relación tiene con los márgenes de ruido? 1.6. Definición de márgenes de ruido a partir de los valores límites de tensión. Dibujar una gráfica explicativa. 2. SINTESIS DE CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Escribir las leyes de DeMorgan. Aplicarlas a la función f = (a+b) c y realizarla empleando sólo puertas NAND Realizar sólo con puertas NOR la función f = (a b+c), indicando las propiedades de las funciones lógicas que estás empleando Representa con maxterms la función f = a c + b c. Solución: (a+b) c 2.4. Explicar sobre un circuito combinacional el problema de transitorios en su salida Realizar un convertidor de binario de 3 bits a código Gray. Cómo sería el de 4 bits? 2.6. Realizar un convertidor de código Gray de 3 bits a binario. Cómo sería el de 4 bits? 2.. Realizar un convertidor de binario a -segmentos Explica las señales transitorias en circuitos digitales combinacionales con un ejemplo que incluya un cronograma Diseña sin transitorios la función f = a c d + b c d. Solución: añadir el minterm abc Explicar con un ejemplo como eliminar los transitorios de los circuitos combinacionales. 2.. En un conocido juego para adivinar números se cuenta con 5 tarjetas con los números indicados (ver figura). La persona que piensa el número solo tiene que indicar a la que lo adivina en qué cartas se encuentra dicho número. Esta última sólo tiene que sumar los primeros números de cada carta para adivinar el número. Por ejemplo, el aparece en las tablas primera, segunda y quinta, por lo que su suma =. Justificar dicho juego Diseñar un circuito que indique si el número binario de 5 bits es un número entero primo. 2.. Diseñar con el número mínimo de puertas lógicas un circuito digital que indique con un 1 que el número representado en binario de 5 bits es menor que 8 o mayor que 16, no es cero, ni par, ni múltiplo de 5. Solución: b 0 [b 4 (b 3 +b1)+b 3 (b 2 +b 1 )]. 3. CIRCUITOS COMBINACIONALES BÁSICOS Dibujar a nivel de puertas un multiplexor 4 a Realizar la función f = a c + b c con un multiplexor 4 a Diseñar un multiplexor de entradas I 0 a I empleando multiplexores 4 a 1. Mostrar cómo se selecciona la entrada I Realizar la función f = (a+b) c empleando sólo un multiplexor Explicar la extensión de multiplexores Aplicaciones de los multiplexores (incluyendo circuitos a modo de ejemplo). 3.. Diseñar un decodificador de 4 a 16 empleando decodificadores 2 a 4 con salidas directas y E. (Emplear las puertas lógicas adicionales que sean necesarias) Aplicaciones de los Decodificadores (incluyendo circuitos a modo de ejemplo).

2 3.9. Diseñar un circuito a nivel de puertas que convierta las tres señales de entrada 1-X-2 en una palabra de dos bits. Justificar los casos considerados Diseñar un convertidor de código que tenga como entradas señales digitales que correspondan a los días de la semana y genere como salida su orden en BCD (4 bits) y una señal adicional que indique si es laborable o festivo. Nota: tomar como primer día el lunes (día 1). 4. CIRCUITOS ARITMÉTICO-LÓGICOS Diseña un sumador completo de un bit Diseñar a nivel de puertas un sumador y un restador completos, partiendo de a i, b i y c i Dibujar el esquema de un circuito sumador serie y calcular el tiempo de cálculo de una suma de 16 bits. (t pd(inv) =8ns, t pd(and) =20ns, t pd(or) =20ns, t pd(biest) =40ns y t pd(setup) =2ns) Dibujar el esquema de un sumador paralelo y obtener el tiempo de cálculo de una suma de 8 bits. (t pd(and) =20ns, t pd(or) =10ns y t pd(xor) =ns) Deducir la expresión del acarreo anticipado C i+1 en función de G x, P x y C o Dibujar el esquema de un multiplicador serie de 4 bits. Explicar su funcionamiento. 5. CIRCUITOS SECUENCIALES. BIESTABLES Dibujar el esquema a nivel de puertas de un biestable activo por nivel. Explicar con un circuito qué problema presentan Qué problema presentan los biestables activos por nivel o latches? Esquema de un biestable Maestro-Esclavo (Master-Slave) con PR y CL asíncronos empleando puertas NAND Esquema de un biestable activo por flanco con PR y CL asíncronos Explica la principal diferencia entre un biestable Master-Slave y uno activo por flanco Tiene sentido un biestable sin PR ni CL? Justificar la respuesta. 5.. Dibujar los símbolos y tablas de transición de estados de cuatro tipos distintos de biestables Tiene sentido un biestable T sin señal de CLK? Justifica tu respuesta Diseñar un biestable T a partir de un biestable D Diseñar un biestable D a partir de un biestable T. 5.. Diseñar un biestable JK a partir de un biestable T En un autobús urbano hay tres pulsadores que generan un 1 al activarse. También existe una señal que indica con un 1 que la puerta se ha abierto. Diseñar con estas señales un circuito que genere un 1 indicando que se encienda el indicador luminoso de parada solicitada y se apague automáticamente. 6. SÍNTESIS DE CIRCUITOS SECUENCIALES SÍNCRONOS Explicar sobre el esquema general de circuitos secuenciales la diferencia de comportamiento entre síncronos y asíncronos. Indicar en qué condiciones conviene emplear cada uno Explicar sobre el esquema general de circuitos secuenciales la diferencia de entre autómata de MOORE y MEALY Explica cómo se resuelven los problemas de los glitches o transitorios en los circuitos combinacionales Explicar por qué en los circuitos digitales síncronos no afectan los transitorios de los circuitos combinacionales Debe ser la señal de reloj única en un sistema digital? Justifica tu respuesta Dibujar el cronograma que genera el circuito de la figura sin retrasos (ignorar las señales sin conectar).

3 CLK /RESET Q0 Q1 Q2 6.. Calcular la máxima frecuencia de trabajo del circuito de la pregunta anterior. (T pd(inv) :3ns, T pd(xnor) :5ns, T pd(biest) :10ns, T setup(biest) :2ns) 6.8. Se desea diseñar un circuito que procese una señal de fallo F. Cuando ésta aparece se pone a parpadear una luz L, se activa un avisador acústico C y se indica con una señal de alarma A que se ha producido dicho fallo a un ordenador de supervisión. El operario debe pulsar el botón P para indicar que se da por enterado. En este momento se apaga el avisador acústico y la luz L pasa a luz fija si permanece el fallo, o se apaga en caso de que éste hubiera finalizado con anterioridad. Cuando el fallo F desaparece, se desactiva la señal A. Para facilitar el parpadeo, se supone que se dispone de un oscilador G que genera una señal cuadrada de frecuencia 1Hz Diseñar un circuito que detecte la secuencia y que indique dicha detección poniendo un 1 en la salida S. Se mantendrá indicando la detección hasta que se reinicie el circuito o se apague y encienda Se desea diseñar un circuito secuencial síncrono que controle la vagoneta de la figura. Inicialmente se encuentra parada sobre el final de carrera A. Al pulsar P, se activa el motor D, de manera que la vagoneta se desplaza hacia B. Al llegar a este final de carrera, automáticamente invierte el sentido de la marcha, activando el motor I. Al llegar a A la vagoneta se para, hasta que se vuelva a pulsar P y comience una nueva secuencia. Si se pulsa P estando en marcha la vagoneta se ignorará. I D P A B 6.. Diseñar un circuito que controle un motor paso a paso de tres devanados. Para ello, es necesario activar secuencialmente tres señales A, B y C. Las secuencias ABC y ACB determinan el sentido de giro. Se cuenta como señales de entrada la señal de cambio del devanado (CD) y la señal de sentido de giro (G) (ver figura). Incluir el circuito de condiciones iniciales tras encendido.

4 CD G CIRCUITO DE ACTIVACIÓN A B C Un robot posee tres sensores (SI, SX, SD) en su parte frontal que indican si en el suelo, debajo justo de ellos, hay una línea negra con un valor de tensión alto. Se desea diseñar un circuito digital que active los motores independientes (MI, MD) que haga que el robot siga la línea. Se considera que el robot siempre está avanzando, nunca parado ni dando marcha atrás. Considerar que la línea es lo suficientemente estrecha como para que no se detecte cuando se encuentre entre dos sensores contiguos. Obtener la tabla correspondiente. Diseñar el circuito.. CIRCUITOS SECUENCIALES. REGISTROS Y CONTADORES..1. Diseña una celda de registro de desplazamiento empleando biestables T..2. Esquema de una celda de Registro de Desplazamiento Bidireccional..3. Diseñar un registro de desplazamiento con la siguiente funcionalidad: S0 S1 Función 0 0 Desp. Izda. 0 1 Desp. Dcha. 1 0 Retención 1 1 Reset síncrono Añadir una señal RST para reset asíncrono a nivel bajo..4. Explicar con ejemplos las aplicaciones de los Registros de Desplazamiento..5. Dibujar una celda de un contador síncrono reversible..6. Dibujar una celda elemental de contador asíncrono y otro síncrono. Explicar cuál de ambos es el mejor... Diseñar un contador síncrono de módulo Indicar en qué aplicaciones se pueden emplear biestables JK activos por nivel: a) registro de almacenamiento en ALU, b) contador asíncrono, c) para diseñar biestables tipo D, d) conversión paralelo-serie y e) nunca deben usarse biestables JK activos por nivel. Explicar la respuesta. Solución: a y c..9. Se desea diseñar un circuito digital que mida la velocidad de un objeto a partir del tiempo que transcurre al pasar dicho objeto entre dos sensores. Los sensores indican con un 1 lógico que está pasando el objeto. Usar un pulsador para indicar con un 1 lógico que se va a efectuar una nueva medida. Nota: suponer el tamaño del objeto despreciable..10. Sabiendo que la velocidad mínima es de 5 m/s y que los sensores distan 1 m, dimensionar adecuadamente los componentes del circuito anterior (número de bits, señal de reloj) para que la medición tenga una resolución de un milisegundo. Cuál es la máxima velocidad que puede medir el circuito anterior? 8. LÓGICA CMOS ESTATICA Escribe la ecuación que define la corriente del transistor MOS canal n en el inversor CMOS para tensiones de entrada bajas por encima de Vt n Dibujar el inversor CMOS y su función de transferencia indicando el estado de los transistores en cada zona. I = f V, V característica del transistor MOS los puntos de trabajo de los 8.3. Dibujar en la curva ( ) g ds gs transistores de una puerta inversora CMOS para V i alta. Plantear la condición de corrientes entre ambos transistores Dibujar en la curva f ( ) V = característica del inversor CMOS planteando la condición de o V i corrientes entre ambos transistores para V i bajas. Indicar como afecta la relación de aspecto a la función de transferencia Enumera cinco propiedades de la lógica CMOS.

5 8.6. Explicar si hay que aumentar o disminuir la refrigeración de un circuito CMOS al aumentar la frecuencia de conmutación. 8.. Explicar qué problema aparece al aumentar la longitud de las conexiones a la salida de una puerta en tecnología CMOS Enumerar qué propiedades mejoran en la tecnología CMOS al disminuir el tamaño de los transistores Calcular el tiempo de conmutación de un inversor CMOS al pasar su salida de 1 a Calcular el tiempo de conmutación del inversor CMOS cuando la tensión de salida desciende desde la tensión de alimentación hasta un 10% de la misma. 8.. Dibujar una puerta NAND CMOS con tres entradas Dibujar una puerta lógica CMOS NAND especificando las dimensiones de los canales de los transistores para una tecnología de 0.35µm si se decidiera conseguir los mismos tiempos de conmutación de 0 a 1 y de 1 a 0. Por qué no se recomienda trabajar con puertas NOR en esta familia? 8.. Dibujar una puerta CMOS con salida triestado. 8.. En una librería de circuitos CMOS se indica que el Fan-Out de una puerta es 20. Razonar si se pueden conectar puertas a su salida, indicando como afecta. 8.. Circuito de protección de entradas CMOS. Justificar cada uno de los componentes Dibujar un biestable asíncrono en tecnología CMOS. 9. LÓGICAS CMOS DINAMICAS Dibujar un circuito empleando lógica DOMINÓ y explicar su funcionamiento Dibujar una puerta C 2 MOS y explicar su funcionamiento. 10. LÓGICAS PSEUDO-NMOS Y PUERTAS DE TRANSMISIÓN Dibuja un circuito empleando lógica pseudo-nmos y explica su funcionamiento Dibujar tres circuitos que generen la función lógica g=(a+b c) empleando lógica CMOS estática, Pseudo nmos y CMOS dinámica Dibujar la puerta NAND de 3 entradas en lógica Pseudo-nMOS y explica las ventajas e inconvenientes de esta lógica respecto CMOS Dibuja una puerta NOR pseudo-nmos y explica las ventajas e inconvenientes de esta lógica respecto CMOS Dibujar una puerta de transmisión a nivel de transistores y representar su equivalente con puertas lógicas Dibujar el esquema de una puerta de transmisión. Explicar qué transistor MOS deja pasar mejor los valores lógicos bajos Dibujar un multiplexor 4 a 1 con puertas de transmisión.. LÓGICA TRANSISTOR-TRANSISTOR (TTL)..1. Dibujar la puerta TTL básica de entradas A y B. Indicar con una tabla el estado de los transistores para todas las combinaciones de las entradas..2. En las siguientes características de catálogo de la familia TTL se ha cometido una errata. Indicarla, justificando la respuesta empleando el circuito de dicha puerta. V i I i I o V o V cc =5v F.O.=10 I oh =250µA I ih =25µA V oh =2 4v V ih =2 0v I ol =16mA I il =-1 6mA V ol =0 4v V il =0 8v P oth =5mW P otl =mw.3. Dibujar la salida Tótem-pole en la lógica TTL y explicar su funcionamiento..4. Calcular la resistencia que debe ponerse en la salida común de 3 puertas TTL a colector abierto sabiendo que tienen conectadas 6 entradas TTL. Datos: V il =0 8v, V ih =2 0v, I oh =250µA, I ih =25µA, I ol =-16mA, I il =-1 6mA