Electrónica Digital y Microprocesadores

Transcripción

1 Electrónica Digital y Microprocesadores Este libro ha sido concebido como texto de ayuda para la asignatura de Electrónica Digital, impartida en segundo curso del Grado en Ingeniería en Tecnologías y Servicios de Telecomunicación de la Escuela Politécnica de Ingeniería de Gijón. Se trata de un texto de formación básica, en el que se han intentado exponer los diferentes conceptos de forma clara y sucinta, evitando desarrollos teóricos complejos. El objetivo del texto es que el estudiante pueda alcanzar un primer nivel de conocimiento en este campo que le permita avanzar en él en cursos superiores o incluso mediante actividades autodidácticas. En el libro se tratan los principios básicos de la electrónica digital, los circuitos combinacionales y su implementación, los bloques combinacionales más importantes, los circuitos secuenciales y biestables, las memorias de semiconductor y los sistemas microprocesador. El libro tiene un carácter eminentemente práctico, con numerosos ejemplos de diseño, simulaciones por computador e información práctica relativa a circuitos integrados comerciales de uso común. Electrónica Digital y Microprocesadores José Marcos Alonso Álvarez Electrónica Digital y Microprocesadores José Marcos Alonso Álvarez es doctor ingeniero industrial y catedrático del Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo, donde viene desarrollando su labor docente e investigadora desde el año de contacto: marcos@uniovi.es. ISBN T e x t o s universitarios

2 ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROPROCESADORES 2015 Ediciones de la Universidad de Oviedo El autor José Marcos Alonso Álvarez Ediciones de la Universidad de Oviedo Servicio de Publicaciones de la Universidad de Oviedo Campus de Humanidades. Edificio de Servicios Oviedo (Asturias) Tel Fax http: servipub@uniovi.es I.S.B.N.: DL AS Imprime: Servicio de Publicaciones. Universidad de Oviedo Todos los derechos reservados. De conformidad con lo dispuesto en la legislación vigente, podrán ser castigados con penas de multa y privación de libertad quienes reproduzcan o plagien, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, fijada en cualquier tipo y soporte, sin la preceptiva autorización.

3 ÍNDICE 1. Sistema Binario Sistemas analógicos y digitales Sistema de numeración en base Suma y resta binarias Representación de números enteros Convenio Complemento a Convenio Complemento a Bit de signo Resta binaria empleando C1 y C Resta binaria en C Resta binaria en C Representación en coma flotante Coma flotante simple Coma flotante doble Códigos binarios Código binario natural Códigos decimales codificados en binario Códigos progresivos Códigos detectores de error Códigos detectores y correctores de error Códigos alfanuméricos Álgebra de Boole Introducción Operaciones internas del Álgebra de Boole Producto lógico Suma lógica Negación o complementación Teoremas y leyes fundamentales Propiedades de la suma lógica Propiedades del producto lógico Otras propiedades Ley de complementación Leyes de Morgan Funciones en el Álgebra de Boole Ley de Morgan generalizada Puertas lógicas Puertas lógicas elementales Otras puertas lógicas de uso común Implementación de funciones lógicas Implementación de funciones con puertas NAND Implementación de funciones con puertas NOR Simulación por computador de circuitos digitales Representación de funciones lógicas Formas canónicas de una función Minimización de funciones lógicas Minimización de funciones: Mapa de Karnaugh Términos indiferentes Mapa de Karnaugh con la segunda forma canónica Obtención de formas canónicas a partir de expresiones simplificadas Familias Lógicas Introducción Familia lógica TTL Configuración básica de la familia TTL Análisis eléctrico básico de la tecnología TTL Puerta NOR TTL Características eléctricas de la familia TTL Etapas de salida TTL

4 Tiempo de propagación Consumo de una puerta lógica Subfamilias TTL Fan-out y fan-in en tecnología TTL Familia lógica CMOS Configuración básica de la familia CMOS Análisis eléctrico básico de la tecnología CMOS Puerta de transmisión Características eléctricas de la familia CMOS Etapas de salida CMOS Comparación TTL-CMOS Circuitos de interconexión TTL-CMOS TTL con CMOS alimentado a 5 V TTL con CMOS no alimentado a 5 V Circuitos de interface Otras tecnologías Tecnología NMOS Tecnología PMOS Tecnología ECL (Emitter-Coupled Logic) Bloques Combinacionales MSI Introducción Decodificadores Codificadores Convertidores de código Multiplexores Demultiplexores Circuitos aritméticos Suma aritmética Resta aritmética Comparación aritmética Multiplicación binaria División binaria Unidad lógico-aritmética Circuitos Secuenciales Asíncronos Introducción Síntesis de circuitos secuenciales asíncronos Biestable RS Biestable latch Ejemplos de síntesis de circuitos secuenciales asíncronos Síntesis de un biestable latch Circuito de gobierno para máquina móvil Circuitos Secuenciales Síncronos Introducción Autómata de Moore Autómata de Mealy Construcción del reloj de un circuito síncrono Biestable RS síncrono Biestable RS de tipo disparo por flanco Biestable RS de tipo maestro-esclavo Biestable JK Biestable D Biestable T Biestables CMOS Síntesis de circuitos secuenciales síncronos Ejemplo de síntesis de un circuito secuencial síncrono

5 7. Aplicaciones de los Circuitos Secuenciales Contadores Introducción Clasificación de los contadores Contadores binarios asíncronos Contadores binarios síncronos Divisores de frecuencia Temporizadores Registros de desplazamiento Conversores A/D Memorias y Dispositivos Lógicos Programables Introducción Estructura general de una memoria Memorias de sólo lectura (ROM, Read Only Memory) Construcción de circuitos digitales con memorias Memorias de acceso aleatorio (RAM) Dispositivos lógicos programables (PLDs) Paginado del mapa de memoria del sistema microprocesador Microprocesador W65C02S Introducción Descripción de señales del microprocesador W65C02S Registros internos Mapa de memoria Modos de direccionamiento Juego de instrucciones del W65C02S Ejemplos de programas Ejemplo 1: suma de una tabla de datos Ejemplo 2: producto de dos número de 8 bits Bibliografía 9. Sistema Mínimo Microprocesador Introducción Generaciones de los ordenadores Sistema mínimo microprocesador Unidad de memoria Unidad central de procesamiento Proceso de ejecución de una instrucción Juego de instrucciones del microprocesador Dispositivos de entrada/salida Conexión de memorias al sistema microprocesador Conexión de módulos de E/S digital al sistema microprocesador

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