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

INTRODUCCIÓN Estructura típica de un sistema digital Analog A/D TDS D/A Analog Sensor Actuador 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

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

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

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

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

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

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. R 1 R V 2 OUT Tolerancias El diseño se realiza de forma lógica.

ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital 3. Flexibilidad. La gama de problemas abordables es mucho mayor . 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 Permite tratar problemas inicialmente distintos de igual forma Ejemplo: Multiplicación de dos registros Amplificación de una señal Problemas idénticos en electrónica digital

ANALÓGICO VS DIGITAL Ventajas del mundo digital 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

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 Alta Impedancia Operaciones: Negación (NOT), Y (AND), O (OR)

SISTEMAS BINARIOS Ejemplos: Operaciones Variables Valores

SISTEMAS BINARIOS 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

Distintas representaciones de un diseño digital Representación algebraica Y O Tabla de verdad

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

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

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

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;

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.

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. Descripciones de comportamiento. Permiten describir el comportamiento de un circuito de forma genérica, incluyendo los comportamientos temporales de cada componente. 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. 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.