Electronica Digital

4º ESO

ELECTRÓNICA DIGITAL

ELECTRÓNICA DIGITAL Introducción

Hemos visto hasta ahora algunos componentes muy utilizados en los circuitos de electrónica analógica. Esta tecnología se caracteriza porque las señales físicas (temperatura, sonido, imagen, etc...) se convierte en una señal eléctrica con la misma mi sma forma de onda que la señal física. Veamos un ejemplo. En un aparato de sonido “analógico” (ejemplo un

cassette) el sonido se convierte en señal eléctrica, esta señal la podemos modificar, grabar, etc. A la salida de los altavoces la señal eléctrica se convierte en una señal de sonido. La señal analógica es una onda que puede tomar cualquier valor de voltaje a lo largo del tiempo. Si utilizamos un sistema digital (ejemplo un CD ) el sonido se codifica con dos únicos valores ( 0 ó 1) a estos valores se les denomina valores binarios, este sistema de manejar la información es la base de toda la electrónica digital. En los circuitos digitales una señal de voltaje (5 V) equivale a un 1 lógico y una señal de “no voltaje” (0 voltio s) equivale a un 0 lógico.

Codificación decimal/binario

Veamos cómo codificar con dos valores (1 y 0) 0 ) los números en formato decimal. Para codificar los números en el sistema decimal (el que usas habitualmente) se emplean 10 cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Cuando escribimos un número, ejemplo 153, la cantidad total resulta de multiplicar cada cifra por su base correspondiente:

153 = 1x100 + 5x10 + 1x1 En el sistema binario sólo tenemos dos dígitos para representar un número. Si en el sistema decimal las bases son (1, 10, 100, etc.) en el sistema binario las bases son (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc.). Conversión binario a decimal: Veamos qué número decimal es el binario 10101001: Para averiguarlo se procede de igual forma que con el número decimal anterior, pero con las bases del sistema binario.

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10101001 = 1x128 + 0x64 + 1x32 + 0x16 + 1x8 + 0x4+ 0x2 + 1x1 + = 169 Convierte en decimal los siguientes números binarios: 128

64

32

16

8

4

2

1

10011 01101 01011 00010 Para convertir un número de decimal a binario, existen distintas formas que darán el mismo resultado, veamos una forma muy sencilla. 256

128

64

32

16

8

4

2

1

153 Convierte en binario los siguientes números decimales. 234 123 62 15 Operaciones lógicas

Acabamos de ver cómo se puede codificar la información con señales binarias (1 y 0), vamos a ver algunas operaciones que se pueden realizar con estos valores, estas operaciones son la base de otras más complicadas. Para realizar circuitos electrónicos que realicen estas operaciones, los fabricantes tienen diferentes circuitos integrados con distintos tipos de puertas. La base de los microprocesadores son estas operaciones básicas que combinadas permiten ejecutar operaciones mucho más complejas. Las distintas puertas van a tener unas “entradas lógicas” serán los valores binarios que puede tener la entrada a su salida. Y un valor de “salida” cuyo resultado será 0 ó 1.

A las entradas las designaremos con las letras a, b, c, d, etc... y a la salida con la letra s. Igualmente la salida sólo puede tomas dos valores 0 ó 1. a b

Puerta lógica

s

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Las puertas lógicas se representan gráficamente o mediante su “operación lógica”. La “tabla de la verdad” de una función, representa la salida que da para las distintas combinaciones

de entradas. Las puertas lógicas Completa la siguiente tabla con el símbolo normalizado, y la “tabla de la verdad” de cada

función. Puerta

Operación

Símbolo crocodile

Símbolo normalizado

Tabla de la verdad

AND (Y lógico) S = a.b OR (o lógico) S=a+b NO (inversor)

S=a

NAND (Y negada) S = a.b NOR (o negada) S=a+b XOR S =a + b

Mediante la combinación de distintas puertas lógicas, se crean funciones más complejas. 1.- Determinar la función resultante y la tabla de la verdad de estas dos funciones.

Lógica secuencial (Biestables)

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A los circuitos vistos hasta ahora se les estudia dentro de la llamada “lógica combinacional”, en todos ellos, dependiendo de los valores de las variables de entrada se

obtiene una única salida. Vamos a ver un tipo de componente en el que el valor de la salida depende de cómo han evolucionado las variables de entrada en el tiempo. Biestable R-S

Se obtiene de la combinación de las puertas anteriormente estudiadas, veamos el siguiente circuito.

En el circuito tenemos dos entradas S (Set) y R (Reset), el valor Q (t) en la tabla es el valor que tiene la salida antes de aplicar un nuevo valor de entrada, el valor de la salida Q(t+1) es el valor que toma la salida dependiendo de los tres valores de entrada. S R Q(t) Q(t+1) 0 0 0

0

0 0 1

1

1 0 0

1

0 1 0

0

1 0 1

1

0 1 1

0

1 1 0

X

1 1 1

X









Las entradas a cero no producen variación del valor de salida. Si la entrada S es uno, el valor de la salida pasa a uno. Si la entrada R es uno, el valor de la salida pasa a cero. Las dos entradas a uno (no se utilizan) dan una salida indeterminada.

Existen otros biestables que no vamos a estudiar, junto con las puertas lógicas son la base de toda la electrónica digital, contadores, registros, memorias, microcontroladores y microprocesadores.

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ELECTRÓNICA DIGITAL 2.- Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones. S1=a.b+a.c

S2=a+(b.c)

S3=a + b

S4=(a+b).(b+c)

3.- Determina la función resultante y la tabla de la verdad de estos circuitos.

1

2

3

4

4.- A partir de las tablas de la verdad siguientes determina la función y dibuja el esquema de puertas. a 0 0 0 0 1 1 1 1

b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S1 0 0 1 0 0 1 0 0

a 0 0 0 0 1 1 1 1

b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S2 1 0 0 0 0 0 0 1

a 0 0 0 0 1 1 1 1

b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S3 0 1 1 0 0 1 0 0

5.- Para controlar el sistema de alarma de una casa se ha pensado utilizar las siguientes variables lógicas. a.- Alarma activada. b.- Señal de humo c.- Presencia de persona Se desea que haya dos salidas o funciones, determina la función y el esquema. Salida 1, antiincendios, se activa si está activada la alarma, está activada la señal de humo y no está activada la señal de presencia de persona. Salida 2, intruso en casa, se activa si está activada la alarma y la señal de presencia humana. 



6.- Se desea controlar la puerta de un garaje, mediante las siguientes variables. Queremos que siempre que llegue alguien la puerta se abra. Las salidas son S1 (abrir puerta), S2 (cerrar puerta). Realizar las funciones. a.- Presencia de persona. b.- Puerta abierta. c.- puerta cerrada. 7.- Para abrir una puerta tenemos que diseñar una llave electrónica.

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El sistema tendrá 6 pulsadores (6 variables digitales). La salida digital de una función dará la apertura de la puerta. Diseñar un circuito digital para que al pulsar de esta manera los pulsadores se abra la puerta. Pulsador A pulsado (1) Pulsador D no pulsado (0) Pulsador B no pulsado (0) Pulsador E pulsado (1) Pulsador C pulsado (1) Pulsador F no pulsado (0) 8.- Para controlar la apertura y cerrado de una puerta automática se tienen las siguientes variables: a.- Presencia de persona b.- Puerta abierta c.- Puerta cerrada. Dependiendo del valor de estas variables se activan las salidas S1.- Puerta se abre S2.- Puerta se cierra. La salida S1 se activa si hay una persona y la puerta no está abierta. La salida S2 se activa si no hay persona y la puerta no está cerrada. Escribir las funciones y los circuitos con puertas lógicas de las dos salidas. 9.- Modificar el circuito anterior con un biestable R-S para que cuando se detecta una persona la puerta se abra del todo y si se detecta ausencia de persona y la puerta está abierta la puerta se cierre. 10.- Deseamos controlar la subida y bajada de un puente, se utilizan las siguientes variables. a.- Puente abajo. b.- Puente arriba. c.- Subir puente. d.- Bajar puente. La salida S1 hace que suba el puente. La salida S2 hace que baje el puente. Escribir las funciones y los circuitos con puertas lógicas de dos salidas. 11.- Modificar el circuito anterior con biestables R-S para que con activar las entradas c y d al inicio el puente funcione. 12.- Realizar con puertas lógicas y biestables R-S la función y el circuito necesarios para controlar el robot que se hizo en la 1ª evaluación, utilizar las siguientes variables. Entradas Salidas a.- Choque al frente S1.- Coche avanza b.- Choque atrás S2.- Coche retrocede

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ELECTRÓNICA DIGITAL EXAMEN ELECTRÓNICA DIGITAL NOMBRE: _____________________________________________

1.- Convierte en decimal los siguientes números binarios: 10111 01001 Convierte en números binarios los siguientes números decimales. 042 153 2.- Dibuja el símbolo y la tabla de la verdad de las siguientes puertas: OR

NAND

INVERSOR

AND

3.- Determinar la función resultante y la tabla de la verdad de estas dos funciones.

4.-Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones.

S1=a.b

S2=a+(b.c)

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5.- Realiza la función y el esquema electrónico de la siguiente tabla de la verdad. a 0 0 0 0 1 1 1 1

b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S1 0 0 1 0 0 0 0 0

6.- Deseamos controlar la subida y bajada de un puente, se utilizan las siguientes variables.

a.- Puente abajo. b.- Puente arriba. c.- Barco va a pasar. d.- Personas en el puente. Las funciones de salida hacen que baje el puente o suba con estas condiciones: Salida S1 (puente sube) si va a pasar un barco, no hay personas en el puente y el puente no está arriba. Salida S2 (puente baja) si no hay señal de “Barco va a pasar” y el puente no está abajo. 



Escribir las funciones y los circuitos con puertas lógicas.

7.- Modificar el ejercicio anterior con biestables R-S de forma que el funcionamiento sea el siguiente. Cuando llega un barco el puente empieza a subir si no hay personas en el puente y sólo se para cuando ha llegado arriba. El puente baja sólo si está en la posición arriba y no hay barco que va a pasar. Puente arriba

Barco va a pasar Puente abajo

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ELECTRÓNICA DIGITAL EXAMEN ELECTRÓNICA DIGITAL II NOMBRE: _____________________________________________


AND

INVERSOR

NOR


4.-Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las

S1=a + b

siguientes funciones. S2=a . (b + c)

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b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S1 0 0 0 1 0 0 0 0

6.- .- Para controlar el sistema de alarma de una casa se ha pensado utilizar las siguientes variables lógicas. a.- Alarma activada. b.- Señal de humo c.- Presencia de persona Se desea que haya dos salidas o funciones, determina la función y el esquema. Salida 1, antiincendios, se activa si está activada la alarma, está activada la señal de humo y no está activada la señal de presencia de persona. Salida 2, intruso en casa, se activa si está activada la alarma y la señal de presencia humana. 



7.- Modificar el ejercicio anterior con biestables R-S de forma que cuando suena cada alarma no se detenga hasta que se active una señal lógica d.- Reset alarma

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ELECTRÓNICA DIGITAL EXAMEN ELECTRÓNICA DIGITAL III NOMBRE: _____________________________________________


AND

INVERSOR

XOR


4.-Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones.

S1=a + b

S2=a . (b + c)

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b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S1 0 0 0 1 0 0 0 1

6.- Para construir una cerradura electrónica se disponen de 4 entradas digitales, se desea que la puerta se cierre (se active un biestable) cuando la combinación a,b,c,d sea 1010 . Para que la puerta se abra (se desactive el biestable) la combinación a,b,c,d tiene que ser 0110, con cualquier otra combinación la puerta cerradura no cambia de estado (el biestable no cambia). Escribir la función que abre y cierra la cerradura y dibuja el circuito con puertas lógicas.

7.- Se desea construir un circuito para un juego de rapidez con el siguiente funcionamiento: Cada concursante tiene un pulsador (entrada digital) a, b. Una vez que un concursante ha pulsado su pulsador se activa su biestable, se enciende su led e impide que el otro concursante, aunque pulse, pueda encender su led. Una tercera entrada digital resetea los biestables (apaga los led). Realiza el circuito con los componentes de abajo y dos puertas AND.

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ELECTRÓNICA DIGITAL EXAMEN ELECTRÓNICA DIGITAL IV NOMBRE: _____________________________________________

1.- Convierte en decimal los siguientes números binarios: 10111 01001 Convierte en números binarios los siguientes números decimales. 042 153 2.- Dibuja el símbolo y la tabla de la verdad de las siguientes puertas: AND

NAND

OR

NOR

NOT


4.-Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las

S1=a.. b

S2=a+(b.c)

siguientes funciones.

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b 0 0 1 1 0 0 1 1

c 0 1 0 1 0 1 0 1

S1 0 0 1 0 0 0 0 0

6.- Deseamos controlar la subida y bajada de un puente, se utilizan las siguientes variables.

a.- Puente abajo. b.- Puente arriba. c.- Barco va a pasar. d.- Personas en el puente. Las funciones de salida hacen que baje el puente o suba con estas condiciones: Salida S1 (puente sube) si va a pasar un barco, no hay personas en el puente y el puente no está arriba. 



Salida S2 (puente baja) si no hay señal de “Barco va a pasar” y el puente

no está abajo. Escribir las funciones y los circuitos con puertas lógicas. Puente arriba

Barco va a pasar Puente abajo

7.- Interpreta el funcionamiento del biestable R-S. Indica el valor que toma la salida Q en cada caso. A(SET) B(RESET) Q 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1

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