senales analogas y digitales

Vista previa del material en texto

Introducción
Intro 1
�� Introducción
En la actualidad es cada vez más difícil no encontrarse día con día con un producto de la tecnología
digital. Ciertamente, el ejemplo más representativo de estos es la computadora digital, sin embargo,
lejos de ser el único este pertenece a una amplia gama de productos que cada día se renueva, se
perfecciona y crece. Los ejemplos actuales van desde computadoras digitales y calculadoras de
bolsillo hasta video juegos, relojes digitales, medidores, controladores industriales,
electrodomésticos, aparatos de comunicación, etc. Algunos ejemplos de ellos se ilustran a
continuación:
 Introducción
Intro 2
Aunque los productos derivados del diseño digital realizan funciones sorprendentes, la idea básica de
esta rama de la electrónica es extremadamente simple:
El Diseño Digital puede ser definido como la ciencia de organizar conjuntos de interruptores
(switches) para procesar información de manera predecible y coherente.
El avance actual de la electrónica conjuga los avances tanto del diseño digital como del analógico,
estas dos ramas de la electrónica ofrecen soluciones para diversos problemas, sin embargo, cada vez
más las soluciones digitales invaden el campo que anteriormente era exclusivo de las soluciones
analógicas.
Sin embargo, en la mayoría de los casos, la mejor solución conjuga elementos analógicos tanto como
digitales. A continuación se presenta un breve resumen del desarrollo de la electrónica digital y los
principales eventos que contribuyeron al desarrollo actual.
Esbozo histórico
1854 George Boole publica su artículo “An investigation of the laws of thought...” en donde
sienta las bases del álgebra Booleana, sin embargo, para la época, el artículo no tuvo
trascendencia práctica.
1938 Claude Shannon sistematiza el trabajo anterior de Gorge Boole, dando origen a los primeros
dispositivos de conmutación diseñados y probados mediangte métodos sistematizados. (Ya
en 1930 los Laboratorios Bell habían desarrollado una calculadora usando relevadores)
1940 Alan Touring construye “Colossus”, primera computadora de tubos de vacío (mantenida en
secreto casi por 40 años)
1946 John Mauchly y J. Presper Eckert (U.S.A. Pensilvania) construyen la ENIAC usando tubos de
vacío (18,000 tubos, 500,000 switches, 150 kilowatts) capaz de hacer 5000 sumas por
segundo.
1947 Invención del transistor, con el consiguiente ahorro de espacio, potencia de consumo y
costo de los sistemas electrónicos.
1950-
1960
Tercera generación de computadoras construidas en base a circuitos integrados
1971 La compañía INTEL lanza al mercado el primer microprocesador (el 4004) de 4 bits. A partir
de aquí se comienzan a generalizar los sistemas digitales complejos basados en
microprocesador para cubrir una extensa gama de aplicaciones que va desde los
electrodomésticos hasta controladores industriales.
A su vez la tecnología de microprocesadores y computadoras digitales no ha dejado de
perfeccionarse día con día, los siguientes son algunos eventos significativos más recientes:
1972 INTEL produce el primer microprocesador de 8 bits (el 8008)
1973 INTEL lanza el 8080 (adoptado por IBM para la PC). MOTOROLA lanza el 6800
1975 ZILOG lanza el Z80 y MOTOROLA produce el 6502 (adoptado por APPLE) (El 6501 y 6502
fueron comercializados en $20 y $25 dólares cuando el microprocesador más barato valía
unos $180 dólares
1979 se producen las primeras microcomputadoras de un solo chip (microcontroladores)
1985 primeras memorias de 1 megabit
 Introducción
Intro 3
Escalas de Integración
En la actualidad se ha logrado introducir cantidades formidables de transistores en un solo circuito
integrado. De hecho, los circuitos integrados se clasifican de acuerdo a la cantidad de transistores
que contienen:
ü S.S.I. (Pequeña escala de integración).- Menos de 100 transistores por circuito integrado.
ü M.S.I. (Media escala de integración).- de 100 hasta 1000 transistores por circuito.
ü L.S.I. (Alta Escala de Integración).- de 1000 a 10,000 transistores por circuito.
ü V.L.S.I. (Muy Alta Escala de Integración).- Más de 10,000 transistores por circuito.
El mundo analógico y el mundo digital
Es conveniente tener clara la distinción entre los conceptos Analógico y Digital antes de
introducirnos al mundo de la electrónica digital, para ello consideremos los siguientes circuitos
eléctricos:
 
 R1 S R1 
 
 
 
 R2 Vout Vin R2 Luz 
 Vin V 
Para el circuito de la izquierda la relación de la
salida (Vout) respecto a la entrada (Vin) está
dada por:
Vout
RR
R
Vout
21
2
+
=
De esta manera Vout puede tomar una infinidad
de valores dependiendo de la variación de Vin
Para el circuito de la derecha la relación de la
salida (Luz) respecto a la entrada (Vin) está dada
por la siguiente tabla
 Vin Luz
 0 ON
 V OFF
Por esto la luz sólo puede tomar dos estados o
valores al variar Vin debido a la posición del
switch S.
En general podemos pensar en una señal analógica como aquella que puede tomar una infinidad de
valores en un intervalo finito. A continuación se presenta una gráfica típica de una señal analógica
que varía con el tiempo
 f(t)
 f(t1)
 f(t2)
 t
 t1 t2
 Introducción
Intro 4
Como puede observarse en la figura anterior, la señal f(t) puede tomar cualquier valor entre f(t1) y
f(t2).
Ejemplos de señales analógicas: Temperatura del cuerpo, velocidad de una auto, distancia recorrida
por un peatón, peso corporal, etc.
A diferencia de las señales analógicas, una señal digital o discreta sólo puede tomar una cantidad
finita de valores en un intervalo cualquiera. En la siguiente figura se muestra una señal digital típica
que varía con el tiempo:
Como puede advertirse en la figura anterior, f(t) solamente toma 6 valores diferentes entre f(t1) y
f(t2)
Ejemplos de variables digitales: la edad en años completos de una persona, el precio de un producto,
el número de pobladores de un país, etc...
Un caso particular de señal digital que será la que nos ocupe a lo largo de este curso es la llamada
señal binaria y se refiere simplemente a una señal discreta que sólo puede tomar dos valores. En la
siguiente figura se muestra una señal binaria típica que varía con el tiempo
Así como hay señales analógicas y digitales, también los dispositivos pueden clasificarse de esta
manera dependiendo de las señales que manejan o de los principios de operación en que están
basados. Así, podemos hablar de dispositivos analógicos o dispositivos digitales.
Inclusive los métodos que nos permiten abordar problemas en general pueden ser clasificados como
métodos analógicos o métodos digitales. De hecho, un mismo problema puede ser resuelto por
ambos enfoques.
Ejemplo. Contar el número de nueces en un costal:
Solución digital: contar de una en una las nueces.
Solución analógica: medir el peso promedio de una nuez, pesar el costal y dividir el peso del costal
entre el peso promedio de la nuez.
 f(t)
 f(t1)
 f(t2)
 t
 t1 t2
 f(t)
 f(t1)
 f(t2)
 t
 t1 t2