Clase_1

Vista previa del material en texto

CIRCUITOS DIGITALES
INGENIERÍA ELÉCTRICA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
Clase #1
‹#›
‹#›
MELISA DE JESÚS BARRERA DURANGO
Ingeniería Electrónica, UPB.
Maestría en Ingeniería, área Telecomunicaciones, UPB.
Doctorado en Ingeniería Eléctrica, área Automatización e Control. UNESP, Brasil.
Profesora UDEA: 2005.
Gimel.
Intereses: Ambientes Inteligentes, Sensores, Aprendizaje Automático, Comunicaciones.
‹#›
ÁREA ELECTRÓNICA Y CONTROL
Electrónica
Electrónica
Circuitos Digitales
Electrónica de Potencia
Control
Control I
Control II
Control de máquinas Eléctricas
Electivas
Domótica
Comunicaciones industriales y automatización
‹#›
METODOLOGÍA DEL CURSO
Exposición magistral, por parte del profesor, sobre temas que el estudiante ha leído previamente.
Analizar, clasificar, discutir y ampliar conceptos, por parte del estudiante, para desarrollar conocimientos y actitudes.
Desarrollo de aplicaciones orientadas a resolver problemas de la vida real. 
‹#›
CONTENIDO
CAPÍTULO I: Sistemas binarios y álgebra booleana.
CAPÍTULO II: Circuitos lógicos combinatorios.
CAPÍTULO III: Lógica secuencial.
CAPÍTULO IV: Registros y contadores.
CAPÍTULO V: Memoria y lógica programable.
CAPÍTULO VI: Transferencia de registros y unidad procesadora.
‹#›
EVALUACIÓN
	Actividad	Porcentaje
	Evaluación 1
Sistema binario, Álgebra booleana, Mapas K.	20%
	Evaluación 2: 
Circuitos lógicos combinatorios.	20%
	Evaluación 3: 
Circuitos secuenciales sincrónicos.	20%
	Evaluación 4: 
Cap 4, 5 y 6	20%
	Tareas (LOGISM):
Circuito combinacional
Circuitos aritmético
ALU
Circuitos secuenciales	20%
‹#›
FECHA ENTREGA TAREAS
TAREA 1: 3 de abril
TAREA 2: 3 de mayo
TAREA 3: 3 de junio
TAREA 4: 3 de julio 
‹#›
SUPLETORIO
“Para solicitarlo, el estudiante deberá acreditar que ha padecido CALAMIDAD DOMÉSTICA, IMPEDIMENTO DE FUERZA MAYOR O ENFERMEDAD CERTIFICADA O REFRENDADA POR EL SERVICIO MÉDICO DE LA UNIVERSIDAD. La justificación deberá presentarse a más tardar en la primera semana en que el estudiante regrese a la Universidad, después de desaparecida la causa o impedimento“.
Reglamento Estudiantil y Normas Académicas de Pregrado 
Universidad de Antioquia
‹#›
BIBLIOGRAFÍA
Análisis y diseño de circuitos lógicos digitales. Victor P. Nelson.
Diseño digital. M. Morris Mano.
Diseño digital. Jhon F. Wakerly
Fundamentos de sistemas digitales. Thomas L. Floyd.
Principios digitales. Roger L. Tokheim.
Fundamentos de diseño lógico. Charles H. Roth, Jr.
Sistemas digitales. Principios y aplicaciones. Ronald J. Tocci.
Entre otros....
‹#›
CONTENIDO DE LA CLASE Nº 1
¿Qué es un circuito digital?
¿En qué se diferencia de un circuito análogo?
¿Qué sistemas numéricos existen aparte del decimal?
¿Cuáles son las características de los sistemas numéricos vistos?
¿Cómo se realiza la suma aritmética?
¿Cómo se representan los números con signo?
‹#›
‹#›
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Circuitos electrónicos
Circuitos análogos
Magnitudes continuas
Infinitos 
valores posibles
Circuitos digitales
Magnitudes discretas
Número finito de valores posibles
‹#›
QUÉ ES UN CIRCUITO DIGITAL?
Circuito electrónico que acepta y procesa datos binarios (unos y ceros), de acuerdo con las reglas del álgebra booleana.
Varios dígitos binarios o BITs (Binary digIT) se pueden agrupar para formar conjuntos de entrada más grandes. 
1 bit: 0-1.
2 bits: 00 01 10 11
3 bits: 000 001 010 011 100 101 110 111 …
‹#›
CIRCUITOS DIGITALES vs ANALÓGICOS
VENTAJAS
Precisión y exactitud controlada.
Facilidad de diseño.
Operacion programable.
Economía y mayor integración.
Almacenamiento eficiente y confinable.
Resistencia al ruido…..
DESVENTAJAS
La mayoría de las cosas que se deben medir tienen una naturaleza analógica: temperatura, tiempo, presión, etc....se necesita realizar la conversión.
‹#›
‹#›
CIRCUITOS DIGITALES vs ANALÓGICOS
VENTAJAS
Precisión y exactitud controlada.
Facilidad de diseño.
Operacion programable.
Economía y mayor integración.
Almacenamiento eficiente y confinable.
Resistencia al ruido…..
DESVENTAJAS
La mayoría de las cosas que se deben medir tienen una naturaleza analógica: temperatura, tiempo, presión, etc....se necesita realizar la conversión.
‹#›
‹#›
‹#›
CIRCUITOS DIGITALES vs ANALÓGICOS
‹#›
CIRCUITOS DIGITALES vs ANALÓGICOS
CIRCUITOS DIGITALES vs ANALÓGICOS
VENTAJAS
Precisión y exactitud controlada.
Facilidad de diseño.
Operacion programmable.
Economía y mayor integración
Almacenamiento eficiente y confiable
Resistencia al ruido…..
DESVENTAJAS
La mayoría de las cosas que se deben medir tienen una naturaleza analógica: temperatura, tiempo, presión, etc....se necesita realizar la conversión.
‹#›
‹#›
CIRCUITOS DIGITALES vs MUNDO REAL
‹#›
Hora.
Temperatura.
Velocidad.
Voltaje.
Corriente.
Aceleración.
Presión.
Posición.
Nivel de un líquido…
Fuente: Asif Iqbal , Assistant Professor
‹#›
CLASES DE CIRCUITOS DIGITALES. 
‹#›
CIRCUITO CONMUTADO
.
.
.
.
.
.
N entradas
M 
salidas
Circuitos combinatorios.
Circuitos secuenciales:
Síncronos.
Asíncronos.
ÁLGEBRA BOOLEANA
‹#›
Las proposiciones usadas en lenguaje común
Se representan mediante proposiciones lógicas
Variables lógicas
Se asignan valores: 
0 o 1
ÁLGEBRA BOOLEANA
‹#›
El bombillo está encendido=“B”
B=0
B=1
“El bombillo está encendido”
ÁLGEBRA BOOLEANA
‹#›
Pero.....las proposiciones lógicas solas no sirven!! Es necesario relacionar varias proposiciones para tomar decisiones!!!!!!! 
B= N and S 
“El bombillo está encendido si es de noche y el suiche está cerrado”
AND es una operación lógica….eso lo veremos más adelante!!
CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
‹#›
AMBIENTES INTELIGENTES
‹#›
INTERNET DE LAS COSAS
‹#›
TELECOMUNICACIONES E INFORMÁTICA
‹#›
SISTEMAS NUMÉRICOS
Consiste en símbolos y reglas para usar esos símbolos:
Sistema Decimal.
Sistema Binario.
Sistema Hexadecimal.
Sistema Octal.
‹#›
SISTEMA DECIMAL
	SISTEMA DECIMAL
	0
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
 
‹#›
Todos estamos familiarizados con el sistema de numeración decimal porque utilizamos los números decimales todos los día. Aunque los números decimales son triviales, a menudo su estructura de pesos no se comprende. Ahora repasaremos este aspecto, para poder entender más fácilmente la estructura del sistema binario.
‹#›
SISTEMA BINARIO
	DECIMAL	BINARIO		
	0	0	0	0
	1	0	0	1
	2	0	1	0
	3	0	1	1
	4	1	0	0
	5	1	0	1
	6	1	1	0
	7	1	1	1
 
‹#›
El sistema de numeración de dos estados se llama sistema binario y los dos dígitos que emplea son el 0 y el 1. Cada dígito del sistema binario se denomina bit, que viene de la contracción de las palabras binary digit.
Los circuitos digitales utilizan dos niveles de tensión para representar los dos bits: Nivel alto para representar el uno y un nivel bajo para representar el cero. Este convenio recibe el nombre de lógica positiva. Un circuito trabaja con lógica negativa cuando representa el 1 con un nivel bajo y el cero con un nivel alto. 
‹#›
SISTEMA HEXADECIMAL
	Decimal	Hexadecimal	Binario
	0	0	0000
	1	1	0001
	2	2	0010
	3	3	0011
	4	4	0100
	5	5	0101
	6	6	0110
	7	7	0111
	8	8	1000
	9	9	1001
	10	A	1010
	11	B	1011
	12	C	1100
	13	D	1101
	14	E	1110
	15	F	1111
 
‹#›
La principal aplicación del sistema hexadecimal está en la representación simplificada de los números binarios: números más legibles!
‹#›
SISTEMA OCTAL
	Decimal	Binario	Octal
	0	000	0
	1	001	1
	2	010	2
	3	011	3
	4	100	4
	5	101	5
	6	110	6
	7	111	7
 
‹#›
Su aplicación también está en la representación de números binarios grande; sin embargo, se usa menos que el hexadecimal.
‹#›
CONVERSIÓN ENTRE BASES
Decimal a binario.
Binario a decimal.
Hexadecimal a binario.
Binario a hexadecimal.
‹#›
CONVERSIÓN DE DECIMAL A BINARIO
Tomar el número decimal y realizar divisiones entre 2 sucesivamente, hasta no poder hacerlo más. El número binario estará conformado por los residuos.
‹#›
CONVERSIÓN DE BINARIO A DECIMAL
Tomar cada bit, multiplicarlo por su peso dependiendode la posición que ocupe. 
Finalmente sumar los resultados parciales. 
‹#›
CONVERSIÓN DE HEXADECIMAL A BINARIO
Cada digito hexadecimal se convierte en su equivalente binario de 4 bits.
‹#›
	Decimal	Hexadecimal	Binario
	0	0	0000
	1	1	0001
	2	2	0010
	3	3	0011
	4	4	0100
	5	5	0101
	6	6	0110
	7	7	0111
	8	8	1000
	9	9	1001
	10	A	1010
	11	B	1011
	12	C	1100
	13	D	1101
	14	E	1110
	15	F	1111
CONVERSIÓN DE BINARIO A HEXADECIMAL
El número binario se separa en grupos de cuatro bits y cada grupo se convierte en su dígito hexadecimal equivalente. Se agregan ceros según sea necesario.
‹#›
	Decimal	Hexadecimal	Binario
	0	0	0000
	1	1	0001
	2	2	0010
	3	3	0011
	4	4	0100
	5	5	0101
	6	6	0110
	7	7	0111
	8	8	1000
	9	9	1001
	10	A	1010
	11	B	1011
	12	C	1100
	13	D	1101
	14	E	1110
	15	F	1111
ARITMÉTICA BINARIA: SUMA
Muy sencilla: solo hay dos dígitos o bits.
1+1=?
1+1 produce un bit 0 y un bit de acarreo 1.
1+1=10
Ejemplo:
 1 1 1 0 0 1
 + 1 0 1 1 1
‹#›
	REPRESENTACIÓN	EJEMPLO
	Magnitud y signo	(-9)10=10001001
	Complemento a uno	(-9)10=11110110
	Complemento a dos	(-9)10=11110111
NÚMEROS BINARIOS CON SIGNO
‹#›
	DECIMAL	Binario	Magnitud con signo	C1	C2
	+7	0111	0111	0111	0111
	+6	0110	0110	0110	0110
	+5	0101	0101	0101	0101
	+4	0100	0100	0100	0100
	+3	0011	0011	0011	0011
	+2	0010	0010	0010	0010
	+1	0001	0001	0001	0001
	+0	0000	0000	0000	0000
	-0		1000	1111	-
	-1		1001	1110	1111
	-2		1010	1101	1110
	-3		1011	1100	1101
	-4		1100	1011	1100
	-5		1101	1010	1011
	-6		1110	1001	1010
	-7		1111	1000	1001
	-8		-	-	1000 
NÚMEROS BINARIOS CON SIGNO
‹#›
C1= negar bit a bit
C2= C1 +1
Ejercicio
Represente cada uno de los siguientes números decimales con signo en forma de un número binario con signo en C2. Use un total de cinco bits, incluyendo el bit de signo.
+13
-9
+3
-2
-8
‹#›
PREGUNTAS
‹#›
MIS PREGUNTAS
¿Qué es un circuito digital?
¿En qué se diferencia de un circuito análogo?
¿Qué sistemas numéricos existen aparte del decimal?
¿Cuáles son las características de los sistemas numéricos vistos?
¿Cómo se realiza la suma aritmética?
¿Cómo se representan los números con signo?
‹#›