UNIDAD-3 Electrónica Digital DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA I.E.S EDUARDO JANEIRO

Transcripción

1 UNIDAD-3 Electrónica Digital

2 1. LÓGICA DIGITAL 1.1 Algebras. 1.2 Algebra de Boole. 1.3 Puertas lógicas. 1.4 Familias lógicas.

3 1.1 ALGEBRAS Si nos propusiéramos inventar un juego nuevo, sería necesario el elegir un conjunto de elementos, así como la definición de unas reglas coherentes entre si., dependiendo del número de propiedades y operaciones, este podría ser más o menos divertido. El juego así definido formado las operaciones, reglas y elementos se denomina ALGEBRA. La electrónica digital se ha estructurado y desarrollado, utilizando los teoremas del algebra, en concreto el algebra de Boole, que pasaremos a estudiar en estos apartados.

4 1.2 ALGEBRA DE BOOLE El algebra de Boole, nombre este en honor a su creador George Boole, (Matemático inglés ), es un algebra formada por dos dígitos (0,1) y los operadores booleanos (+,, _ ). Operaciones Booleanas: Las operaciones booleanas definidas por Georege Boole, son la suma booleana, el producto booleano y la negación. Suma booleana 1+1=1 0+0=0 1+0=1 0+1=1 Producto booleano 1 1=1 0 0=0 1 0=0 0 1=0 Negación

5 1.3 PUERTAS LÓGICAS La electrónica digital se basa en el desarrollo del algebra de Boole, de manera, que a partir de ahora los estados de encendido y apagado son sustituidos por 1 y 0 respectivamente, de manera que un interruptor no accionado representa un cero (0), mientras que un interruptor accionado representa un uno (1). Si una bombilla esta encendida su estado será uno (1), mientras que apagada será cero (0). En el siguiente circuito realizado con el simulador Crocodile Clip, se pueden ver los estados lógicos del circuito.

6 1.3 PUERTAS LÓGICAS La combinación de los tres interruptores (A, B y C) nos proporcionan todas las posibilidades de que la bombilla este encendida o pagada, es decir en estado 1 o 0. La tabla realizada con todas las posibles combinaciones de las entradas (interruptores) se denomina Tabla de verdad. Circuito eléctrico tres entradas y una salida A B C S

7 1.3 PUERTAS LÓGICAS El desarrollo de la electrónica ha permitido sustituir los interruptores por componentes denominados puertas lógicas, que nos permiten realizar operaciones sencillas con ceros y unos. Las puertas lógicas más importantes se denominan: Puerta NOT Puerta OR Puerta AND Puerta NOR Puerta NAND

8 1.3 PUERTAS LÓGICAS Puerta NOT: Dispone de una sola entrada y su salida S es inverso de la entrada. A S Circuito con puerta NOT Circuito equivalente

9 1.3 PUERTAS LÓGICAS Puerta OR: Dispone de dos entradas A y B, corresponde a la suma Booleana S=A+B A B S Circuito con puerta OR Circuito equivalente

10 1.3 PUERTAS LÓGICAS Puerta AND: Dispone de dos entradas A y B, corresponde al producto Booleano S=A B A B S Circuito con puerta AND Circuito equivalente

11 1.3 PUERTAS LÓGICAS Puerta NOR: Dispone de dos entradas A y B, corresponde a la suma Booleana negada S=A+B A B S Circuito con puerta NOR

12 1.3 PUERTAS LÓGICAS Puerta NAND: Dispone de dos entradas A y B, corresponde al producto Booleano negado S=A B A B S Circuito con puerta NAND

13 1.4 FAMILIAS LÓGICAS Históricamente las primeras puertas lógicas se hicieron con relés, después con válvulas de vacio, y finalmente con transistores. Actualmente, dependiendo del tipo de transistores y otros elementos, las puertas lógicas se clasifican en familias lógicas. Familia RTL (Resistor-Transistor-Logic). Sus puertas están fabricadas con transistores bipolares y resistores. Son muy lentas. Familia DTL (Diode-Transistor-Logic). En este tipo de familias muchos de los resistores de la familia RTL, fueron sustituidos por los diodos. Familia TTL (Transistor-Transistor-Logic). Este tipo de familia aparecieron cuando se descubrió, que las características de la familia DTL podían mejorarse con el empleo de transistores bipolares de emisor múltiple. Sus puertas deben de alimentarse a + 5V, con una tolerancia de ± 5%. Las de mayorexito fueron las de la serie 74.

14 1.4 FAMILIAS LÓGICAS Familia CMOS (Resistor-Transistor-Logic). Esta familia surgió al sustituir los transistores de la TTL, que producían un elevado calentamiento, por los transistores de efecto campo FET. Sus puertas están fabricadas con transistores bipolares y resistores. Son muy lentas. Integrado 7400 de la familia TTL. Contiene 4 puertas NAND

15 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL Imaginemos que queremos poner un motor M en marcha mediante la actuación simultanea de dos interruptores, A y B. La solución es bien sencilla: conectar en serie dos interruptores con el motor. Circuito eléctrico. VARIABLES FUNCION A B M Tabla de verdad.

16 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL Para traducir este problema al lenguajes de la lógica digital, deberemos seguir las siguientes instrucciones: 1. Identificar los elementos de control, con una variables. Esta variable solo puede tomar los valores 0 (abierto) y 1 (cerrado). En nuestro caso las variables son A y B, interruptores en el circuito eléctrico.

17 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL 2. Identificar cada actuador o elemento de salida con una función. La función definida, tomara también los valores 0 o 1, dependiendo de los valores de las variables, siendo el 0 para identificar el motor parado y el 1 para identificar el motor en marcha. Las variables y funciones que solo pueden tomar dos valores, se denominan variables y funciones lógicas. 3. Elaborar la tabla de verdad de los actuadores. La tabla recogerá los valores que pueda tener la función, según los valores de las distintas variables de las que depende dicha función. En nuestro caso A y B. VARIABLES FUNCION A B M Tabla de verdad.

18 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL 4. Expresar algebraicamente la función lógica. En nuestros caso los valores que toma la función M pueden obtenerse al multiplicar de forma booleana los valores que timan la variables lógicas A y B. Según esto la función M se puede expresar de la siguiente forma: M = A B. 5. Implementar la función lógica mediante los circuitos digitales. Implementar una función lógica significa generar la función empleando circuitos digitales. En nuestro caso la función M será implementada por una puerta AND

19 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL 6. Acondicionar las entradas y las salidas digitales. Las puertas lógicas necesitan estar conectadas a una fuente de alimentación para realizar su función. El terminal de alimentación (+ Vcc) corresponde al polo positivo de la pila y el terminal masa (también llamado GND o Ground) al polo negativo. Los valores lógicos (0,1) que pueden tomar sus entradas y salidas, se corresponden físicamente con intervalos de voltaje. Para ciertas puertas lógicas como por ejemplo, para la serie 74HC, que se alimentan con Vcc=5 V, realizan la siguiente asignación de tensiones a las entradas, para los valores de 0 y 1. ENTRADAS de la serie 74HC Valor lógico Intervalo de voltaje 0 (nivel bajo Low) 0 V-1,5 V. 1 (nivel alto High) 3,5 V-5 V.

20 2. PLANTEAMIENTO DIGITAL Para este tipo de puertas los valores de 1,5 V a 3,5 constituyen los umbrales de voltaje. Si el voltaje de una entrada permanece dentro de estos umbrales la puerta se comporta de forma impredecible, causando problemas en los procesos.