ÍNDICE LISTA DE FIGURAS... 7 LISTA DE TABLAS... 11 CAPÍTULO 1. CÓDIGOS DE NUMERACIÓN... 13 1.1. REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN... 15 1.2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN BINARIO NATURAL Y HEXADECIMAL... 18 1.3. SUMA Y RESTA EN BINARIO NATURAL... 23 1.4. NÚMEROS BINARIOS CON SIGNO: EL COMPLEMENTO A DOS... 28 1.5. OTROS CÓDIGOS: CÓDIGO BCD Y CÓDIGO GRAY... 32 Bibliografía recomendada... 35 Ejercicios de autoevaluación... 36 CAPÍTULO 2. ÁLGEBRA DE CONMUTACIÓN Y FUNCIONES LÓGICAS... 37 2.1. ÁLGEBRA DE CONMUTACIÓN... 39 2.2. PROPIEDADES DEL ÁLGEBRA DE CONMUTACIÓN... 40 2.3. FUNCIONES LÓGICAS... 41 2.4. IMPLEMENTACIÓN DE FUNCIONES LÓGICAS... 43 2.5. REPRESENTACIÓN DE UNA FUNCIÓN LÓGICA... 49 2.6. SIMPLIFICACIÓN DE EXPRESIONES LÓGICAS... 53 2.7. DISEÑO DE CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONALES... 63 2.8. FUNCIONES INCOMPLETAMENTE DEFINIDAS... 65 Bibliografía recomendada... 69 Ejercicios de autoevaluación... 70 3
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Y TEMPORALES DE LOS CIRCUITOS DIGITALES... 77 3.1. FAMILIAS LÓGICAS... 79 3.2. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS... 80 3.3. INTERCONEXIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS... 86 3.4. TIPOS DE SALIDAS... 88 3.5. CARACTERÍSTICAS TEMPORALES DE LAS PUERTAS LÓGICAS... 90 3.6. HOJAS DE ESPECIFICACIONES... 91 Bibliografía recomendada... 95 Ejercicios de autoevaluación... 96 PRÁCTICA. DISEÑO DE UN DADO ELECTRÓNICO... 99 CAPÍTULO 4. BIESTABLES Y REGISTROS... 103 4.1. ELEMENTOS BIESTABLES... 105 4.2. BIESTABLES SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS... 106 4.3. EL BIESTABLE D... 108 4.4. ENTRADAS ASÍNCRONAS... 110 4.5. TEMPORIZACIÓN DE LOS BIESTABLES... 112 4.6. INICIALIZACIÓN DE BIESTABLES... 115 4.7. OTROS TIPOS DE BIESTABLES... 115 4.8. DISEÑO DE BIESTABLES... 121 4.9. REGISTROS... 124 4.10. REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO... 126 4.11. CONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO... 130 4.12. CONTADORES ASÍNCRONOS... 134 Bibliografía recomendada... 139 Ejercicios de autoevaluación... 140 PRÁCTICA. SECUENCIAS DE LUCES CON LEDS... 149 4
CAPÍTULO 5. SUBSISTEMAS SECUENCIALES... 153 5.1. INTRODUCCIÓN... 155 5.2. METODOLOGÍA DE DISEÑO... 158 5.3. EJEMPLOS DE DISEÑO... 165 5.4. ANÁLISIS DE MÁQUINAS DE ESTADOS... 174 5.5. DISEÑO DE CONTADORES SÍNCRONOS... 177 Bibliografía recomendada... 183 Ejercicios de autoevaluación... 184 PRÁCTICA. CONTROL DE LA PUERTA DE UN GARAJE MEDIANTE MÁQUINAS DE ESTADOS... 185 CAPÍTULO 6. SUBSISTEMAS COMBINACIONALES... 189 6.1. MULTIPLEXORES... 191 6.2. DEMULTIPLEXORES... 202 6.3. CODIFICADORES... 203 6.4. DECODIFICADORES... 205 6.5. SUMADORES... 213 6.6. RESTADORES... 220 6.7. COMPARADORES... 222 6.8. GENERADORES Y COMPROBADORES DE PARIDAD... 224 Bibliografía recomendada... 229 Ejercicios de autoevaluación... 230 PRÁCTICA. CIRCUITO ACUMULADOR... 239 ANEXO I... 243 CONVOCATORIAS: Ordinaria de electrónica digital. Junio 1996... 246 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 1996... 254 Ordinaria de electrónica digital. Junio 1997... 260 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 1997... 268 5
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL Ordinaria de electrónica digital. Junio 1998... 274 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 1998... 282 Ordinaria de electrónica digital. Junio 1999... 285 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 1999... 291 Ordinaria de electrónica digital. Junio 2000... 298 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 2000... 302 Ordinaria de electrónica digital. Junio 2001... 308 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 2001... 313 Ordinaria de electrónica digital. Junio 2002... 318 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 2002... 326 Ordinaria de electrónica digital. Junio 2003... 335 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 2003... 343 Ordinaria de electrónica digital. Junio 2004... 351 Extraordinaria de electrónica digital. Septiembre 2004... 361 ANEXO II... 369 Puertas lógicas... 371 Biestables... 372 Otros circuitos integrados... 373 ANEXO III... 379 Esquema eléctrico... 381 Montaje en la placa de prototipos... 381 Revisión visual del conexionado... 383 Comprobación del funcionamiento... 383 Detección de fallos... 384 6
LISTA DE FIGURAS: 1.1. Tabla de códigos ASCII de 7 bits... 17 1.2. Tabla de códigos ASCII extendida... 18 1.3. Método de la suma en decimal... 24 1.4. Ejemplo del método utilizado en la suma en binario natural... 25 1.5. Ejemplos de suma binaria... 25 1.6. Método de la resta en decimal... 26 1.7. Resta en decimal cuando el sustraendo es mayor que el minuendo... 26 1.8. Ejemplo del método empleado en la resta en binario natural... 27 1.9. Ejemplos de resta en binario natural... 27 2.1. Equivalentes con puertas NAND y NOR de las puertas AND y OR... 47 2.2. Mapa de Karnaugh para una función de dos variables... 55 2.3. Mapa de Karnaugh para una función de tres variables... 58 2.4. Mapa de Karnaugh para una función de cuatro variables... 60 2.5. Mapa de Karnaugh para una función de cinco variables... 62 3.1. Niveles de tensión para los valores lógicos alto y bajo a la entrada y a la salida de un circuito digital... 81 3.2. Niveles de tensión para las familias TTL estándar, LVTTL, CMOS de 5 y 2.5V... 82 3.3. Márgenes de ruido... 82 3.4. Corrientes de entrada y salida... 83 3.5. Compatibilidad entre las tensiones de circuitos de diferentes familias lógicas... 87 3.6. Etapa de salida en colector abierto (TTL) con resistencia externa... 88 3.7. Ejemplo de operación AND cableada... 89 3.8. Inversor triestado... 90 3.9. Parámetros temporales... 91 3.10. Hojas de especificaciones del 74LS32. Descripción, General diagrama de conexión y tabla de verdad... 92 7
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL 8 3.11. Ejemplo de hojas de especificaciones (74LS32). Valores máximos condiciones de operación recomendadas, características eléctricas y temporales... 93 4.1. Inversores formando un elemento biestable... 105 4.2. Biestables con entradas de reloj activas al flanco de subida y bajada... 106 4.3. Aparición de un glitch debido a la falta de coincidencia de los flancos de las señales de entrada en una puerta AND... 107 4.4. Latch D... 109 4.5. Parámetros para la temporización de los biestables relacionados con la señal de reloj... 113 4.6. Parámetros para la temporización de los biestables relacionados con las señales asíncronas... 114 4.7. Circuito RC de auto-inicialización... 115 4.8. Biestable R-S nor... 116 4.9. Biestable R-S nand... 119 4.10. Diseño de un biestable T a partir de un J-K... 121 4.11. Biestable T a partir de un J-K... 122 4.12. Registro paralelo-paralelo... 125 4.13. Transferencia paralela del registro A al registro B... 125 4.14. Registro de desplazamiento serie-serie de 3 bits... 127 4.15. Registro de desplazamiento paralelo-serie de 4 bits... 128 4.16. Registro universal, configuración desplazamiento a la izquierda... 129 4.17. Contador en anillo... 130 4.18. Diagrama de estados de un contador en anillo... 131 4.19. Contador johnson... 132 4.20. Diagrama de estados de un contador jonson de 4 bits... 132 4.21. Contador con realimentación lineal de 3 biestables... 133 4.22. Diagrama de estados de un contador con realimentación lineal de tres bits... 134 4.23. Estructura básica de un contador asíncrono... 134 4.24. Cronograma correspondiente al circuito de la figura 4.23... 135 4.25. Contados asíncrono ascendente... 136 4.26. Cronograma correspondiente al circuito de la figura 4.25... 137
5.1. Algoritmo para leer una orden... 156 5.2. Estructura básica de un sistema digital... 156 5.3. Estructura de una máquina de estados... 157 5.4. Ejemplo de máquina síncrona... 158 5.5. Ejemplo de máquina asíncrona.... 158 5.6. Entradas y salidas en la máquina de estados... 159 5.7. Diagrama de estados del algoritmo de la figura 5.1... 160 5.8. Diagrama de estados y leyenda... 160 5. 9. Expresión final del diagrama de estados... 161 5.10. Relación entre las variables lógicas del diseño... 164 5.11. Diagrama del circuito resultante... 165 6.1. Diagrama funcional de un multiplexor... 192 6.2. Símbolo y circuito lógico de un multiplexor de dos entradas de datos... 193 6.3. Símbolo y circuito lógico de un multiplexor de 4 entradas de datos... 195 6.4. Convertidor paralelo-serie de 4 bits... 199 6.5. Dispositivo visualizador de siete segmentos y su identificación... 208 6.6. Circuito semisumador... 214 6.7. Sumador con entrada de acarreo (sumador completo) a partir de semisumadores... 214 6.8. Sumador con acarreo serie de 4 bits... 215 6.9. Sumador rápido de 4 bits... 216 6.10. Diagrama de bloques de un circuito generador rápido de acarreo... 217 6.11. Sumador mixto de 12 bits... 219 6.12. Circuito restador... 220 6.13. Circuito sumador/restador... 221 6.14. Circuitos para la detección de errores en la transmisión de n bits... 225 II. 1. 74xx08: 4 puertas AND... 371 II. 2. 74xx32: 4 puertas OR... 371 II. 3. 74xx04: 6 puertas NOT... 372 II. 4. 74xx86: 4 puertas XOR... 372 9
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL II. 5. 74xx76: 2 biestables J-K activos al flanco de bajada con entradas de preset y clear activas a nivel bajo... 372 II. 6. 74xx174: 6 biestables D activos al flanco de subida con una entrada común de reloj y de clear (activa a nivel bajo)... 373 II. 7. 74xx257: diagrama de conexión... 373 II. 8. 74xx48: diagrama de conexión... 374 II. 9. 74xx48: tabla de verdad y correspondencia de códigos... 374 II.10. 74xx48: configuraciones para su conexión en cascada... 375 II.11. 74xx83: diagrama de conexión... 376 II.12. Xx555: diagrama de conexión... 376 II.13. Xx555: configuración para la operación en modo aestable... 377 III.1. Proceso de montaje y verificación de un circuito digital en la placa de prototipos... 381 III.2. Visualización de los niveles de tensión TTL en la pantalla de un osciloscopio... 385 10
LISTA DE TABLAS: 1.1. Valores binarios correspondientes a las potencias de 2 desde 2 0 a 2 10... 20 1.2. Símbolos en base 16 y su relación con los símbolos en base 10... 21 1.3. Ejemplo de números en complemento a 10 representados con 4 dígitos... 28 1.4. Ejemplos de sumas en complemento a 10 y 4 dígitos... 29 1.5. Código BCD... 32 2.1. Número de puertas para una función dada en función del tipo de puertas utilizadas... 53 4.1. Funcionamiento del biestable R-S NOR para cada uno de los posibles estados de sus entradas... 117 4.2. Ecuaciones de realimentación... 133 11