1 Introducción Electrónica Digital Electrónica Básica José Ramón Sendra Sendra Dpto. de Ingeniería Electrónica y Automática ULPGC

2 INTRODUCCIÓN Estructura típica de un sistema digital Analog A/DD/A Analog TDS Nuestro mundo en una aproximación clásica se comporta de forma analógica, es decir, las señales evolucionan de forma continua. El procesado analógico de dichas señales resulta complicado Solución: Convertir la señal a digital y procesarla en ese formato SensorActuador

3 ANALÓGICO VS DIGITAL ¿Cómo se digitaliza una señal? Señal analógica

4 Inicialmente realizamos el muestreo de la señal. ANALÓGICO VS DIGITAL En cada punto recogemos el valor de la señal. Este proceso permite recuperar la señal sin ninguna deformación.

5 ANALÓGICO VS DIGITAL Discretizamos los valores resultantes del muestreo de la señal y codificamos el resultado, transformándolo en un código binario t

6 ANALÓGICO VS DIGITAL Inconvenientes 1. Perdida de calidad 2. Incremento de la frecuencia de la señal F=f·N

7 1. Reproducibilidad de resultados. Mayor inmunidad a factores externos. Por ejemplo: temperatura, humedad, ruido. ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital Analógico Digital Señal+ruido Nivel alto Nivel bajo

8 ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital 2. Simplicidad de diseño. Las tolerancias en los componentes y los efectos parásitos (resistencias, condensadores, diodos) tienen menor importancia. El diseño se realiza de forma lógica. V R R 1 2 OUT Tolerancias

9 ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital 3. Flexibilidad. La gama de problemas abordables es mucho mayor. Ejemplo: Multiplicación de dos registros Amplificación de una señal Problemas idénticos en electrónica digital Permite tratar problemas inicialmente distintos de igual forma Ejemplo: Ordenador Inclusión de retardos en una señal sin introducir deformación Ordenación de señales de mayor a menor por tensión pico-pico Irresolubles en electrónica analógica

10 4. Posibilidad de programación. Mediante circuitos programables (PLD) se puede diseñar y corregir una aplicación fácilmente lo cual acelera el proceso de desarrollo de un producto. 5. Velocidad 6. Precio. Un producto de tirada masiva alcanza precios muy atractivos ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital

11 SISTEMAS BINARIOS La electrónica digital está basada en la lógica binaria la cual se basa a su vez en el Álgebra de Boole. Un Álgebra consta de: Variables: X, Y, Z, A, B,... 0  0 Voltios  no hay corriente  falso 1  5 Voltios  hay corriente  verdadero Valores 0 Alta Impedancia Operaciones: Negación (NOT), Y (AND), O (OR)

12 Valores Variables Operaciones SISTEMAS BINARIOS Ejemplos:

13 Ejemplo Si la puerta está abierta y el coche está en marcha entonces podemos salir del garaje Para salir del garaje se necesita que ocurran dos cosas: que la puerta está abierta y que el coche esté en marcha SISTEMAS BINARIOS

14 Distintas representaciones de un diseño digital Representación algebraica YO Tabla de verdad

15 Distintas representaciones de un diseño digital. Sumador completo. Modelo de puertas lógicas Inversor Puerta AND Puerta OR

16 Distintas representaciones de un diseño digital Sumador sin acarreo. Modelo de diagrama de tiempos

17 Distintas representaciones de un diseño digital Sumador completo. Modelo de bloques Sumador completo realizado como circuito compuesto de dos sumadores sin acarreo Sumador completo con un solo bloque

18 Distintas representaciones de un diseño digital Sumador sin acarreo. Modelo de comportamiento descrito en VHDL -- ***** modelo de un inversor ***** -- external ports ENTITY inverter_gate; PORT (a: IN BIT; z: OUT BIT); END inverter_gate; -- internal behavior ARCHITECTURE behavioral OF inverter_gate IS BEGIN z <= NOT a AFTER 10 ns; END behavioral;

19 Distintas implementaciones de un diseño digital Mediante: -SSI (Circuitos de bajo nivel de integración) Nivel de puertas -MSI (Circuitos de medio nivel de integración) Realización por medio de multiplexores, contadores, etc... -PLD (Dispositivos Lógico-Programables) Permiten la implantación de pequeños circuitos de forma rápida, que acelera la preparación de sistemas para demostraciones iniciales de funcionamiento. -FPGA (Matriz de puertas programables) Tienen las ventajas de las PLD con el valor añadido de su mayor versatilidad. -ASIC (Circuitos integrados de aplicación específica) Diseño completo de nuestro sistema y realización como circuito integrado lo que abarata costes para grandes lotes de fabricación.

20 ESTADO ACTUAL DEL ARTE Sistemas de diseño que permiten entrada esquemática. Los programas de captura de esquemas permiten introducir el esquema de forma gráfica, siendo por tanto más intuitivo y menos propenso a errores. Simuladores. Los simuladores lógicos, normalmente incorporados en los sistemas con entrada esquemática permiten la prueba lógica del sistema para la verificación previa a la fabricación. Analizadores y verificadores temporales. Permiten evitar tediosos cálculos para asegurar que el funcionamiento dinámico de nuestro diseño es el adecuado. Descripciones de comportamiento. Permiten describir el comportamiento de un circuito de forma genérica, incluyendo los comportamientos temporales de cada componente. Circuitos programables. La existencia de los estos dispositivos (Ej. PLDs) permite la posibilidad de una simulación in situ ya que los errores detectados permiten ser modificados sin un coste prohibitivo.