Breve introducción a lo que se refiere la electrónica digital aplicadaDescripción completa
Descripción: Electrónica Digital
EIEIITD
LLLUln
para todos
TOMO 2 Digital 7
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SALVAT
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para todos
TOMO 2
Digital
SALVAT
D I G ITAl
flfdrónica digital P,idium,nt, inuiitfnt, hutl hu, IInOi d,
La aH,tU(! del sol es un valor analógico. mientras que &1 numero de huevos es un valor digital ' puede cambiar IÓIO a saltos. no delTliln&f8 contInUa.
También el numero de huevos "ascos y enteros que hay en la nevera puede vanar. pero no de un modo conUnuo: o hay un hue\Io5 o cuatro. no podemos tener 3.475.
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oc......... _................ _..... _.......................... _ Antes de arroma. tu beses de la eIecIr6nca digital. lralemOll5 de entender I0Il motivos de su
Por f1\OII'oICI$ SlfTlilares. loe oreurtOf elecllÓf'IIOO$ PI"'den lraUIr un valor digital .., alterarla por el electo
na"" dórUSlÓn
' ' raon:Ii-
acumulatlY() de muchas pequeo\as
agujas (analOgroo) y ullO con
Por ejemplo. es más t6cll tranlmill. a una g.an distancia una inlormaclón digital Y estar seguros de QIA laga ldénIIca al onginal
Tomemos un
., loJ
(le
nUma'O$ (dig<\al) El pnmero inOica le hora con una aprolOmaaOn ra«lfWlble El digital bOOe . .., embargo, un vaIof dellnIdo, que no ha de ser ~naman ta la hora a. acta , paro que lOdoa lean del muna modo Un valor dig
fI'*I • • _
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,
ifTl>r8ClSiones
DIGITAL
Vfrdadero Vfalso h .,Imión .ntr. dos unicu posibitidldu butl pUl mu un mundo diqitlt Un disposltovo digital. como hemos visto. ~ene un detem'linado nu· mero de poslb~s valores perfectamente definKlo$. o estados
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drc"H...tJ In'etnlmp/dIJ.
COmo má;",no puede haber dos unicos estados. como en está apagada.
~
(Ij interruptor de la luz: o está encendida o
la electrónica digital moderna está basada precisamente en circuitos q..e tienen dos unlCOS valores, po<' ejemplo: o pasa corfie!1te o no pasa.
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Jot."""t", c _ _: .t cln:ulto . f U • _ _•
"_t.paII,
DOS SIMBOlOS. UNO y CERO
Por comodidad llamamos verdadero al estado en (Ij que el interruptor esta cerrado (pasa comente. luz encendida) y l also al estado en (Ij qua está abieno (luz apagada)
o
En lugar de los simbolos también podemos uti· lizar numeros : uno (1) si la luz está encendida. cero (O) SI está apagada . En ing¡és ' Clfra" es dlglt. de donde dorNa la palabra ' digltal' _ Pero el lém'llno procede a su vez 001 tatin ' dignus· . dedo: lcontar con 105 dedos es un procedimoento dlQitall E _ do .... Not.....: .. InI ... uPI'"
'_1.
Uf!./m¡JIo dlfpHill... dlj¡ItM H ....... , _: _ I J . •- . 0 ) , ' _ _ 10.
lO. ' _1 01
cit<\III. _ _ '" """. " ' _ ,
NUMEROS BINARIOS
ros decimaJes. pero inter.
Util
namente utilizan números bUlarios, es óeClr. emp¡ean solamente las cifras 1 y O.
COmo veremos más adelante. no es di1fcil ulili;tar
",,,"'-.•. e., 101>'_'_ _J., .. _Ir.
estas dos cer nilmero decimal (por e¡emplo 4813)
•• t';
los ordenadores y las calculadoras muestran mil1"Hr
2
~
H fur "", 0610 ."" ,., ./fr.. 1, O.
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-
htrada y salida Un dnuito ló,ico rtdb, (om.ndos d, .ntrld. y prOdU(f rtsult.dos .1. s.lid. Conviene distingu ir entre nuestra 8cción sobre el interruptor y su atedo sobre la bombIll a. El circuito ' oc,be a la entrBd8 (fm ing lés. input) la aOClÓn sobre
~
interruptor y pfOólJCe a la 8ell da (en
inglés. oulput) el
Observando. p<)f ejempkl. un ordenador , la dilererw::ia entre entrada (teclado. ,al6n) y salida (pantalla, impresora) resulta ,:wkiente
Podemos ~ Iar una tabla que ooscnba el ponarruento lógico de Un CircUIto digita l
C<)tn-
La ligura muestra ~ tabla , o labia de verdad, de la lirnema . Hemos I ~ mado A al Inlefr\.lptOf (emrada) y B a la bombolla (salida)_
o
La pnmara columna li sta los posibles valores a la entrllda (es 00<::1f dos: O y 1) Y la seg<.Jnda Jos valores conespOOdientes a la salida Cada linea es un estado del circu ito. PO< elemplo, en la j)
o
,
,
- 0-0-
Tabla do ""dad do l. 11nt...... ' "'",Itro 01 . _ do
IDENTIDAD L GleA En la práctk:a, para la linterna la salida rep
Es decic sea cual sea ~ valor de la entrada A, la sahda B tendrá siemp re ~ mIsmo valor: &8 trata de un caso de Identidad Las e ~preSlOlles IógK:aS resultan muy útiles al proyectar circui· lOS digitales ~eJOs _
u
111ft...... ,.",.,Io/u HfÚII """
/o!cI<' I>IOM' _ " , l .
3
DIGITAL
Al contrario: HOl Alqunu UUi ti util inurtir unllfñllléiqicl, n dfcir, tr.nsformu un "Si" fn un "No" yvictvtUl Tomemos una de esas bQo'nb;llas de eme rgencia que se encrenden automáticamente en caso de fplla de
energía
e~trica,
Con respecto a la lintema. las cosas fur.ciooan a la ¡nvera.: si abrimos ej interrupto< (O) la bombilla se enciende ( 1) utili zando su baterra de emergenc,a incorpo
Uo I><>mbIIM II1II_ Ji n fl Hf. ""_ f •.
~
En esle caso la tabla de verdad de la pág,na anlenor (tdentklad) ya no puede aphcarse
- ....
La nue'la
labia de verdOO lista S>emp
Lobomt>ll ..
..."" " ",.,...t"". 1 "' " .... _ .... 1· ... .... Nt~
_ _ A (irlMm.opIor)
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'011"" .om.mo"
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INVERSION LÓGIC A
Como se ve en la t.a~a. la salida es el contrario de la entrada: se trata de una Inversr6n. o negM:lón lógica.
Como ve remos. en los slmbolos I radiclO
La expresión lógrca corraspondiente se puede escribir de varias maneras, En eH!ctrómca se utilizan varios convenk15 equ ivalentes En todos los casos se lee "S igual a no A"' S es el opuesto (complemento) lógICO de A. La operación de irw(lrs.i6n se llama NQT ("no" en inglés).
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..
5",,-
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.In:"'" _ .
DIGITAL
(1 uno y el otro: AND Cu.ndo.1 Vllor I(¡qieo d. unl sllidl d.p.nd. d. II cambinldón dr vuios nlorn dr rntridl, sr h.bl. d, ~ lOqi
A_
"''''''UplOfH _
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H
TABLA DE VERDAD DE AN O
La ta~a 00 verdad de AN O muestra el valor de sahda con las cualro posibles ~omblnaclonu (le las
Habitualmente utili~amos O para indicar un interruplor abierto (no pasa coNtente) y 1 para indicar un interruptor cerrado (pasa la comente).
enl radas. Observamos que la salida e es 1 (ve rdadero) sólo en el caso de que ambas entradas A y B sean 1. En todos los demás casos la salida es O.
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SIMBOLOS DE ANO
En los uquemn elklrlcos un AN O se indk:a normalmente con los s(mboIos moslrados en la ligura: el primero es el slmbolo tradiciona l. el segundo es el que responde a las normas lEC. Por convenio. se suelen dibujar los esquemas de
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o o o
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1'.01<_ rIo "/ID: • '"
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Mlr _ .. .. rIo .... lY .. ~~.
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do que se lean de Izquierda a derecha , s>gu iendo la trayectoria de la se"al desde las entradas hasta la
sa lida. Hemos dibujado dos entradas y una sola salida. pe ro las entradas pueden ser más de dos: la salida vale 1 sólo si todas las entradas son l .
5
SimIlo%rloAIID
-lEC. ~
1IIItIUO
TMlI.I rIo _ _ rIo "/ID: "","fr• .t . _ rIo lo
- ."""p' """'''' • <~~_¡,¡" rIo .... ._rIoMlr".
DIGITAL
AND como puerta lógica Un AMO pu,d, utiliurn plr. d,ju puu o bloc¡uur un. s,ñ.lló,iu Observando la tabla de ve rd~d de ANO (le la p;'Iglna anterior se descubre un inte resante elocto que puede resu ltar muy úlil.
~- " fü "
euando la entrada A vale O. la sa l>da e siempre es 0_ Sin embargo. cuando A vale 1 la sa lKia e es igual a la enlraóa e.
CI
El electo. naluralmente, es loclproco (intercam· blando A y e ocurre lo mismo), pero supongamos por un momenlo que B sea la seña l tógica a la entrada y A saa una especie de porteria.
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1. ¡>NI. <). ""~ . .
ont,_ , ...
Moréndolo baJO este punlo de VIsta, vemos que cuando A vale O. B está "bloqueado·_ euando sin embargo A vale t . B pna y recoge la salida.
$1 1.1 ."t,_ A .010 1. 1.1 ,.pt... 1.1 _ C. SI. o/n _lO, A . 010 O. B "" ".... 11.1 _ ... ~ ~.O.
PU ERTAS L GICAS Un ANO utilizado de este modo fundana como pue rta tóglca. es decir. una eSI1OC'e de cance la que pe¡m~e dejar pasar o bien bloquear otra se~a l Jóg~ .
Asi, el térmlllO "puerta" se aplica. por exten sión, tambIén a los otros dispositIVOS Jógocos elemenlales descntos en las pág inas sigu ientes. Las puertas lógicas son muy uliles. ya que permIten con trola r una sel'la l lógoca con Olra se!'lal Jógica,
L GICA BOOLEANA y ANO El matemátoco ing lés George Boale eSluchólas expresiones lógocas, creando lo que hoy llamamos lógica booleana. ESla Jógoca se aplicll cuando hay dos unicos valores (verdadero y lalso. 1 y O).
Los resu ltados, en esle caso, corresponden 11105 de la multJphcaci6n no
0'0.0 En la Jógica boojeana, ANO (inle rse<:coón lógICa) co,responde más O mellOS a la multiplicación. En ese campo se ul iliza un simbolo eSpOC,al. pero
e", A'
B (e igua l a A por e) o. simplemente: e_Ae
O' 1 • O
_-o
l ' O. O 1• 1• 1
""" do W ~ •• do 1.1
/óIk.I _
.. IA/l
como lA e""",,_ """
6
(1 uno o el otro: OR Adiftrtnd. d. AMO, plrl DR nI) ti nfCuuio ql,l, todlllu .ntr.du nlqln 1: but. (on un.
-
En inglés OR significa '0": en realidad ij¡ salida va le 1 Si una u otra da las entradas (o incluso ambas) va len 1
~
Las Ilguras mueslran un ele mplo de OA de Interruplores y Jos slmbolos g ráficos de OR (el trad>ClOna l y el que respooOe a las normas lEC).
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fl "_1_ " "" aR H N'''''' ... • u 1_ H rMdad. _ t,"¡'. lo 1lqoJHr,.r..
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TlbI• • _ dMI .. ORe lo _ ti 111 ....... ..... "'1,_
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--_ ... _-------------------_ ........... __ ._-_._--_ ..... ---------_ ............. _--_ ..... _--------SUMA l GleA ~ica boo'-lana, SI AND representa la mull,· pHcación, QA (unión lógica) corresponde a la
En la
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l uma ; aQuí también uWizamos el "." en lugar del slmbolo prelerklo en la lógica:
,• , , ,
, ,
Pero es una suma un poco extraña . dado que 00 se puede superar nunca I ni dar resto:
O. O .. O O. , .. I , • O .. I ' . I"'(005Uperal) El comportamIento de DA se resume en su lab ia de verdlld . mostrada a la izquierda
Tibia do .t«Iad dO OR: lo oaIlda . ... 1 01 .. ........ I11III 0lIl ..... H ti • 1.
..................... .... . .. _.•.• • ••.•............................... __ ..................... _. OR COMO PUERTA LOICA También DA pulida funcIonar como pue rta. es de<:1f. dejando pasar o bloqueando una se~al lógICa. solo que con respecto a ANO. funcIOna al conlrarlo . En la labia de verdad se ve que si A vaJa O la salida reproduc. l ielmente la ent rada B, m>enlras que si A vale 1 la salida e está siempre bloqueada a ,
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0._
$1A ••
o. a -" (111 " "'"' • c. ".", o/ A ••
lOO ".... , Y
7
' .""po..
NIó» . ' " -
H _ _ 0_
l. B 1.
o
I G I T ... L
Uno solo d" los dos: XOR (! OR uclusivo p.rmit. ubu si lu dos .ntr.du son iqUlI.s o distintu EXIste un dIspositIvo lógico más extrai'H) que los dos que ya hemos visto (AN D y OA). Se trata de l OR exclusivo , abreviado como XOA. T.ene siempre y únicamente dos entradas y, como se ve en su tabla de verdad. la sa lida vale 1 sólo si las entradas son dlsllnlas ent re si (1 y O o bIen O y 1). En otras palabras. desde el punto de vista lógico la salida sfgniHca: son verdaderos uno y otro. pelO no ambos
El símbolo de XOA en las expresiones lógicas es un "+" encerrado en un eirculo :
o
O. O O • 1• 1 1 O .. 1
Como veremos a continuación. XOA se puede fácilmente construir COt1 las otras puenas, y las expresiones lógi<:as se pueden comb
En la práctICa , no obstante. se utilizan circu itos inte'' -'c..'C-" O' -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _i9rados que COt1tienen clfcu itos XOA ya crea doa. fgual que se hace COt1las demás funcIOneS lógICas. r
• •
•
Simbolot "" XOII, • 1.0 1lquIo'4Io ti tr_ _ • • 1.0 "" .... ha ti ..... ot&w 1.0 _ _ lEC
•
("""" sot . .... , .... a 1"1 .
UNA PUERTA OUE INVIERTE
Un XOA funciona como una pue rta de tipo especiaf. que no bloquea fa sei'ial pe ro la puede Inve rtir si se desea.
• •
,
Si A va le O. en realidad. la salida e reproduce helmente la ent,a S, mientlas que si A va le 1 la sa lida e es el opuesto (negación lógica, NOT) de la entrada S.
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$/A . IM O. S_lMe"" C. "-> II A .... 1. 11 . _16fk1 do 11 .. lIItNt-tt.
La lógica de los relis Lo, intwuplorn .1.(tromi,niticoJ, o n!t" pu.d.n conJidtrirst dispositivo, ló,icos .I.m.nh In Los primeros procendores (ordenadofes) r1'\Od(l rnos no se podían defínír oomo electrónicos, SIno más propiamente electromecánicos . No ut¡li~aban ni válvulas (tubos de vaclo) ni transistores. SIno sencillos interruptores electromagnéticos, los relés. Los relés se han utilizado mliCho en cIrcuitos lógICOS para 8utOm8t1~aclón . hasta la llegada de los circu itos intag rados en los aOOs 70.
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oom.tllo. L.. _r. ... .. ~.. 01 _
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CÓMO fUNCIONA UN RELÉ AplICando tenSIón a la bobi na. la corriente crea un campo magnétICO: éste atrae al contacto móvil , cerrando el CIrcUIto (SI se quita la tenSlÓll. el mllll lle lo abre de nllllllO). Po< tamo, un relé puede controlar una cornente eléctfica (enl re k>s contactos) con otra más déb<1(en la bobinal·
Un relé está formado por un electroImán . o bobina (un cable arrollado en un mJcleo metálico) y un contacto móvIl de muel les
- .-:. . ="' •
n. •
Los relés se utilizan aun hoy en día, gracras a su capacklaa de controlar corrientes 1uertes y de gara ntIzar el aislamiento eléctrico entre bobina y contactos.
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IMI .-.M .......,r, <» ... """'" .. M1c_tO.
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EL RElE COMO DISPOSITIVO LOGICO El esqllllma de la l>gura mueslra una identidad lógica rea lizada con un relé: aplicando tensión a la entrada (1 l6¡¡ico. verdadero) , el relé sa~a y envía tensión a la sa lkla (1 lógico).
complejOS: ut ihzando 00 Olro modo los contaclos. se pueden rea li zar las distIntas luncior.es lógIcas.
• 12 V
o_ _ •.,c"oo- -.to
Salida
El + 12 del esquema indIca una lensión constante con respecto a masa. procedente por ejemplo de una bateria Observe el uSO del slmbolo de masa para no aibujar el cable de vuelta (O V). SímbOlO ole masa ESle circullo no sirve para nada desde el punlo de visla lógICO. aunque en la prácHca se ull1 i ~a para conlrola r una oorrienle fU(! rle con una débil. Sin embargo. es la base para construir ClfCUltOS más
9
-
(OV)
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DIGI T AL
MOl con un rl'li Uu invmión I09in SI ruliu simpltmtntt utiliundo un (ontlCto In l•• p.rtur. In IU9ir di In I1 (iml Muchos relés de uso común son conm utadorea: cuando sattan. conectan un punto central a un contacto y lo desconectan de otro.
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""".
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Se habla respectivamente de oontacto normalmente abierto (n .a .. n.o. en i"9 lés) y norma lmente cerrado (n.c.). Por "normalmente" se entlenOO la au.encla de tensión en la bobina , es doc;r, el estado en el que el relé se encuentra en condicióo de reposo.
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TABLA DE. VERDAD
la tabla mostrada en la figura representa el comportamie nto de los dos contactos desde el punto de vista lógico. con respecto a la tensiÓfl aplicada a la bo/);na.
El contacto (salida) n,c" sin embargo. es la neg3" clón lógica del valOf da ent rada: por tanto se como porta como un disposrtivo NOT.
El contacto (sal ida) n.a.. como ya hemos visto. es el menos interesante: co rresponde sIempre al valOf lógico de la entrada.
,rata del
la barra situada sotlre el slmbolo
-,
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indica que se complemento lógico de la sa lida C. Se suele también indicar con otros slmbolos, como se ilustra en la leccIón ,.
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1.0
Ot lO,
APLtCACtON UNA BOMBtLLA DE EMERGENCIA
El comportamiento de NOT nos permIte ulilizar un relé para reati zar una senci lla bombilla de emergencia. que se enciende si no t>ay lensiÓfl.
Ase se cierra el contacto n.c. , que proporcIona a la sa lida (a la bombilla) la tensiÓfl procedente de la baterla de emergencia (+ 12 V).
Como se puede ver en el esquema, la ausencia de tensión en la entrada (que nos imag inamos que indio ca la ausencia 00 coffiente) toace I81t3' el relé. que vuelve a la posición 00 reposo, • 12 V
Entrada
1iIt>rpM• • _"....,1.0 do toU; _ ~ Plmt. do ,101, ~ ti ~ ."rrlh .. CIfO In<> ~ ., , .... .",). 1.0 011l1li ..... <"",~· .....
o----.~:-l
1" ~
to, .. He~.."..
10
~-~
AND YOR (on los relis (ombin.lndo vu¡os rrlis sr pu,drn rulim In fundonts ló,ius fund.mrntilu Conviene hace( hincapié en que en estos drculOS ele relé acIopIamos un convenio en k:I que S(I refiere a 106 rWeIes Iógic:
Valo< Iógioo 1
¡
1 S9Iifica lansión de alimentación 00 la bate
W
• 12V
o squIica ausencia da lansión.
E~~-':"=':::=-J_-' """ valor~O
(por~.
ov
Po< e,empo, si al ci
1
IIof;.
Rec~e, O (O \IOItios) signofica "00 hay t9OSlOn IDo _ _ . . , . o y 1 .......... "",0/MtpI0-.. aplicada a la ootrada' o bie
-------------------- .......... __ ..... _----------- ----------_ .......... _------------------------UN ANO CON DOS RElES EN SERIE
La figura muest ra cómo realIzar un ANO con dos re· lés, poniendo kls contactos 00 serie.
En la práctICa, S<'I ¡fala del mismo cirCUito de Inte.ruptores deSCflto en la 1e
Sin embargo. hay una diferencia imponente: k>s inlerruptOfEl'S son de control mecámco. mienlras que los relés son de control elé<:trioo. En liSIe circUIto tenemos, por tanto, una tensión eléctrica controlada por la combirlación de otras dos tensiones eléctncas.
~--------------~----~
La sa lkla 00 este ANO pue· 00 conectarse a la entrada de otros dispos
lIII AND ....
- . _ _ "..,. t_
,. _ . Io..u.r..
••••• ...................................•••••• •.•• UN OR CON DOS RElES EN PAR ALELO El otro componente lógico elemental, el DR , es igual de sencillo: basta con conectar los dos relés con los cootactO$ en paralelo en lugar de en sene , como moostra la figura También en este caso. el comportam iento 001 cir· CUlto es idéntico al de l DR de Interruptores aborda· do en la lección pasada.
thI OR ....
11
11. '2",, ~-4
t-+ <
DIGITAL
1
Un XOR dI! rl!lis T.mbiin.1 OR u dUJivo Sf pu. d. 1.. lim f' dlm,nl. uliliundol" (on!" !,, (onmut.dolu Un XOR (OR excluSIVO) puede con".".I,. . con clrcui· tO$ IógI(:OS elementales (NOT. ANO. ORlo como ve, .. mos en una pr6~lma 1e«:i6n. Pero. UlIIízando Iot relés. hay un trueo 1'1'16. sanciIo para con dos relés el Clreuilo COI'I'eIrealizar un XQA • poIldieI~e se muestra en la figura
Se trata del mIsmo IIIstema VIsto ya para el XOR de
In-
terruptorllS (conmutadores) de la leccIÓn 2: una vez más utitizamos 101 re lés para obtener el mismo electo con control etkt,lco
.. ,,- ............ UIIIlOl/
~
___ •
_troo- ... ,. . - ..Iot • J
cnou" _,.,.
..w. fIi 1M . . - . ... ..,.,
lA lOGleA DE RElES ESU. OBSOLETA En el momento actual los reJés ya no se utilIzan para la reahzación de clreuitos Ióg;oos de uso j)fktico. S.!IIvo en ce$O$ especial8ll En la prOruma lecQ6n presentaremos los circuitos Integrados, QUtI )'JItes han W$btUlÓO urwersamente. con nowbles ViIflta,as balO cisllfltos puntos de _la En Cuak¡l.rlel caso, una buena compranslón de los CirCUItos ilust, ados en estas p¡iglnas el Iln duda muy ut,t. y flO sólo con fi"," teóricos. fJ oo '
,
.. " """'00
'._"U+'
___
H,t _,.."...".,
De hecho, Iot ClfCUltOS cambian, pel(lla lógica 'rove liando en todo ceso la mISf!\a. NOT. ANO. OR y XOR lIgU8fl aoendo funcoone. fundamentales de la l6grCII electrónrca
l OS RE l ES NO ESTAN OBSOLETOS Aunqua las lunclonea lógicas ya son desarrol ladas cesi exduSlvame<1te por CI/CUltos mlegrados electrónicos. los rftis srguen ublrllmdose bastante
De hecho pueden controlar fuelles comentes o aISlar entre si dos ClICUltos; además son muy rObustOI y prtictlcamente Insensibles a las Inter181eroclas Por ello se ut,llzan a me<1udo como Interllz, es dacl!. comunicaClÓf'l. entro un delICado CIrcUitO electrónICO y el poco tote.anlo mundo eldemo
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1. ... IDo "",1_.
12
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IntfCJrados diCJitalu Lot dr(uitOl int,qr.d" hin h,cho posiblt 1. ruliudon d, dispositivos (ompl,joi d, hijo
(os"
Teóricamente 118,Ia posible ur,bzar los rel' . pan. reahza. cualquier <*sposo1Ml1ógico, incluso un ordenador 8f\Cero (realmente no ha suoedido) .
En la précllCII. Iln embargo, los d'$pO$lt1VOt electromecénieo$ toenen Moot p,oblemu de velocidad, duraciÓn , liab,lK1ad y 1Xlfl,,~
Actualmente se ~ loe circuitos Integrados dlgltaln (o '1ógIcos') ~ díse/\adoe para este utO
Los arewlOS ontegradoX (o le, Integrattod c.rewl) son
maonn de veces rNll ripoOos que IoIIral6s, OCIJI)
SI super1luos
Se venden en con~ (cajas) ..tánd9fM, rlOf· malrrotnte de malenal pIúbco y con doI 101.. de pneS ~ para SU soldadura O par. su ~ en "zócaIoI" espe<;o¡Iles de topOO1e Dentro del cOflteneóo!" hay un m,nilsculo rectángulo de sUICIo, el chip (Iiteralmente_ pedazo. B5~lIa). en el que HUi ItI'IpI&ntado el Cireurto con un proc:eidlmi&ntO que dMo'lbImos en OIra MIXIÓn_ Al cnlp "tAn COI'IfloCt8dot Iof; plne. (hteralmente. alfl· leres) q ... aseguran la, coneX>Oll(lS eIéc1J1ca, con el exterlor
1..o.......-...... _ _ _ .. _ ....
_~
__;dioIII. ...
Muchos CI'CUltos integrado. son componente. e.. Uindar conectándolol. ..,tr. 51 del moóo M ....·nado 118 puede realizar cuak¡u18< drsposltlVO lOgooo
_tM.~c
............................................................ _-_._._-_ ........... _... _........... . SIMPLES O COMPLEJOS
Un crrcu~o Integrado drgrtal puede cont_r desde una úrnce puerb l6gic:a (por eJ8lTlPlO un ANO) hasta un crrcudo completo los le dlg'tale, más complejo •. como Iof; mICroprocesadores y la. memorias. contienen mHIonH de componente. lógICOS &temenlales implemenl(t(lo$ en el mismo chip
t._'.....
I .......... I
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lo....... .
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"
DIGITAL
Nivflu IÓCJicos ln 101 artuitot intrqrMOI di,itIln, 101 nOdOl l~icOJ "rrprtStIIUn qmmlrntntt mtdi.ntt t""iontS tIfctriaJ la lógica binan. se basa en do6 únicos estlldo. (1 y D. yef'dadero y lalso) por eso es necesano r. presenlar HIOS estados en 1M Clrcu,IOS
El cony, nlO empleado por 10$ Inlegr.dot dogltales más d,lundlOOt del mundo e8 muy sencilla. o • no h.y lerlSlÓIl (por elemplo o V) , • hay tenslÓll (por -.empIQ. 5 V) A menudo. para fMUlr 'mboguedades,,, UII"z.n los ,Imtxlloe L (klw, balO) Y H (high a~o) par. Indica ' ,~ ... ~ oMer,¡u . ~_ expllc,tamente el nlyel , "clrlco. seguIremos este H rodo4r N ,. _ r o..... _ do r... /rIot, corwefllo en la sección Compooef11eS ._OVy.5V.
krrI'"
ALlMEHTACION V MASA
r -- - - --1- . ~ cc I~ ~ ;
Los eucultos inleg rados ,equi(rren un. coeftll eo
la tenllÓll se aphea .ntre el prn drI .Iimentaclón ( .. Ved y el de m... (GNO). que es tam~ el cero de
relerencaa para !as sellalell6glcas: . Una enlrada conectada . masa (baJo, L) vale cero . Una entr.da conectad •• la .hmentaclOn (.lto, H) ~aJe
'"0 u. _ _
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,_
c_
. . .,... . _ _
_,~rN
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lóCJNo _ _
... r.
'01'. _rKl6or 11J.
Las entradas no!ill deben deJar nunca .blen.. (no ¡;o. nectactlls). porque su Htado Iógrco len. lI'Idetermi·
0000
41!!U¡Ilta Como 1111 IIntradas y lal sabelas l/IlI,z.n 101 nusmos corwen~. los orcu,IOS lógicos poeden coneclerse
directamente enlre 51 81n Pl'obIemas Antes o después, son embargo. es necesano conec·
tarse can el mundo 1l1"lor por e¡e~ para del$ClBr la ,rl1em,opeoón del rayo de una céIuIII IQtoeléctnca o par. poner.,., .... reto. el molor de una puerla automátlc. DesarfOj lan e$ta tarea los circuitos de Inlerl.z ~ por eJemplo accIOnan (~un. salida Ió¡/iea) ..." relé, que • su \lel cantrola la corriente de un motor uro clr<'lIIM
_u,.. ......_
clr<'_
/OfImo _,.,. _"'" _ _ _ _ _ .. _r..
"
Umbrall'S In rulidid, las niv,l" lo,icos no son tan p"dsos (omo su "prn,ntadón t,ó,in La eIec1rónlca digital se putdt .prende' tarnlliM desde ~ purllo de VIsta puramente lógico para sellCIIIot proyectos de . ,ietonIÓOI .. sufi~
Ptro cuando se afrontan dIseftos medianamente comple}o$ o .. entra en el campo proleslOI\Ill, se MllCUbre que las coaae fOIl un poeo me_ Mnelltas de lo que parecen. As¡, ser6 uhl dlslflJlar de una rápida panorémica sobre algunos de los problem.. a los que se enfrentan los d,sei\adofes.
la definición rea l de los nrvMS IógIOO$ es por tanlO
110"111'" de la ideal. En los inl-oradol; se definen doI; n....... de 1.Imbr.1 poi' 1IjeIIlPIo. 1.5 V Y 3.5 V !\si. una len.,ón de entrada se evalva con estas r~llIII;
• SI .. inferior al umbral bII)o. vale l (ce 'o). • SI ea luperlor al umbral ello. vale H (uno). • SI e. Intermedia entre los do» umbrales . no e.Ui delln ld. po.¡ede conSlder.rse lo H. o causar pt'o0I0m0.
Par. un tO',...;lo Iunoonamlef110 . les se/\ales no deben IIOCOnlrarse nunea en la te,cera S~UIlCi6n. I18Ivo dura nte e l paso ,ápldo de un estaoo al otro.
Problemas prácticos Ho but. un 'Iqu.m. lóqium.ntf (OHfCtO. ti n'(fIuio pon.r .tfndón t.mbi'n ,.1,. rulimión fisiu d.1 dr(uito La tens ióO nar la comente necesana Esta ult.ma es normalmente mlnima, p(lro no durante la co r.mutaclón , es OOcir, el paso de un estacio al otro, en cuyo caso hay un pico de absorción, Es necesario para esto un "depósilo de reserva", es deClr, un condensador entre ahmentación y masa (los con" densadores se describen en la lecciOn 5 de Analógica), t ...
_t. ""'. ,.
<,..""'" .do' .. do _op¡.,,",,"o ,.,.".".,_ loo IN <_,..._ .•,"_
pkoo do
Int.,,,"_ "" loo <1«1111.. .,¡y_.
INTERFERENC IAS
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-
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~
Los umbrales ~icos de las entradas garanlilan una Cler' ta Inmunidad a las interferencias, aunque pueden vanar con la temp(lratura Estos problemas se manifiestan normalmente en CirCUItos complejos y rápicios, y r(!quleron un detenido estudio de la disposición de los """P<~'''!
IHII ..,¡,,¡ ~. ,0lII .....,. """". "lImpl," ~_,.
Las seM las digItales no estAn limpias ' henen dislorsfOr nes y "ocos" (reflexiones) en las cone xiones y pueden recibir inte rferencias del e _tenor
La propia corriente, pasando por la reSIslencla baja (pero no nula) de los cables. causa pequei\as calclas 00 tensIÓn y altera los nIveles lógicos.
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""'" NI
~miooto
'''''''0.
DESTRUIR UN INTEGRADO Pon iendo en co rtocir cuito (vu lga rmenle, "en oorto") la sahda de un inleg racio, es OOcl r, conectándola a masa o a la al imentaCIÓn, hay muchas probabiliclades de recalentarlo y destruirlo. Igual de p(lI'grOSBs son las car gas eloctrostá llcas que, especial, mente en invierno, pueden llevar al cue rpo incluso miles de voltios con respecto a lierra tocando un componente , se "fu lmina",
r. 1>1 ItMf1¡ffM H r_ _ _ _
.....t,. IN <.,po _1I..r.tfkN. por .¡.m"." 1>1 _lO _
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1
O I G ITAl
Lógica combinatoria (on.dlndo VlTlu pu.rtu .I.m.ntlln, "pu.d.n TUIiIlt fundon u ló,l(u (ompl.ju lInII lOIa puena lógica desarrolla un traba¡o de gran ..nIIez. La luena de,. ""bÓlIQ¡ digrtal r$$Ide"-¡ ,. poP:lohdad de combln8r IN puertaS ...... sI.
Se u1lllza an eSIOS Clrtl.ldot el 16mv1o lógoca combl • n.torl. ~IO. la l6goea "lecuencaar que InIJ'Odl.laremos dentro de .1gunN 1otocIones.
Contode.emos ¡JO< ahor. eorcU,IOS d. .provi.tos de memorl. , ,,-¡ loa que e/ es·
.oro
I.do de las salidas depende y exel ...· sivamenle del esl.do de In entr.d.s , in· dep&lldlenlemenle de foI evanlOS suce· didos.
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UN ANO oe VARIAS ENTRADAS
-, ,
, , , , ,
,
.oro
S....p0n08mos que d'spor.tmOS tan de puerta. ANO de dos entradas ¿ PO
,
, , , , , ,
Ciflrtamenle: basta con comblnarl .. como mueslra la figura de arnba. la sa lida •• I s.i todas Ia!.n!Jada, lOf1 t . como se ve IImbién 111 la tablio de ver·
.oro
DaIde al punlO de vista 1ógIoo, loa dot CII'CU,tot ..... Ifadoa lOf1 totalmente equlv.lante. (• ...nque, 111 La pr6cbca. al Cll'CUAO de dot puertas es lig&ramanll ~slanto )
El . Istem. es n.alurlllmenle U'.nllble . aplicando fllpllHd.menle la mlsm. ,6I;nic. para ,,¡alizar ANO
Dnde el punto de visll torn~al, esll 11$ La exp
donde La parte entro pa r'nlalll (A • B) representa et primer ANO E. IIQON.ren· la I la expresión lógieII que delCrtle un ANO de Ires antradas
: ~J">
,
c...M _ _ .. _ _ _ tn* .. 011 •
_
En La prKbca. en e/ANO lógico . Igual que an La muIbphcacIón normill. los pa""',e... no .lteran al r~ lado El UfO de La Lalr. V par. lepo8santar La ...1icIa " un eonvenio muy dilunóldo
.", ' M U • • ,....,.., . . . .
....tt.no:r.A ••• c.
17
DIG IT AL
MAMD YMOR Los pnmeros circu itos integrados lógICOs no conteo ntan puertas sellCll ~ s ANO y D A, S'I>O sus COfresp<"" dientes con la salida negada: NAN O y NOA
La negación. o Inversión lógica. se IndICa en los esquemas con un pequeño cfrculo situado en la salida de la puerta lógica.
Un NAN O no es otra cosa que un NOT ANO, es decir. un AN O seguido de un NOT, oomo muest ra la figu ra, aphcárxiose lo mismo para el NOA {NOT OA).
IIAND ,
......._ _ ORo ~ H
IID~
~
U._
I •• AIID (IID1/.
I/II II> .~
¿POR OUE LOS
En los albores de los Clrcunos integrados digi1aIes, rea· lizar un NANO en lugar de un AN O permitía una mayor simplicidad de construcción y una ma)'Qf velocidad de luncionamoeoto por motl\lO$ estruc1urales.
.' .'
Además. existóa la ventaja de poder real iza r un NOT simplemente utilizando uno de los distintos NANO {normalmente dos o cuatro) contanidos en al mismo integrado. Asl, ara posible utilizar un CU'cuno integrado para desa· rr~lar varias funciones. ahorfando componentes. Es' ta ventaja todavía hoy es válida. aunqllEl en meJlOf medida.
lInIHdo la ", Ir.... H "" IIAIID. H "" NDR ,
H
NANO~
obI_ "" 1n"_II«JT/.
UN INTEGRADO HISTÓRICO
En la figura puede Velse la disposición 00 un glorioso oomponente histórico: el 7400 , quizás el integ rado di· g,tal más anliguo todavía en uSO {aunque sea en ver· siones actualizadas. como e l 74 HCoo). Este componente contiene cuatro pue rtas NANO, por lo que puede utilizarse para constNir NO T. ANO y. como veremos , también OA: en la práctica. cualquier ci rcuito combinatooo. Es evidente la vantaJa de pode r tener un solo como ponente lógico. utilizándolo para todas las apllCac.,. nes, aunqllEl con alguna peque~a oomplicación en e l proyecto.
"
Recuperaremos más adelanta esta ventaja modaml' zada, en los CirCUitos integrados programables po< el usuano.
'. El 1400.
•......... _..-n.o _o
.w_ ......._t..
14HCOO. " " " _
. -.1", pW,tH NAND
(onstruir un
XOR
tomo .i.mpl, d. (imito lí,ico (ombinltorio, rnliumol un 01 udusiwo "tiliundo pUlftu AMD, 01 YMOl donde B sign"ica NOT B.••pr.ai6n que t i preci. Jamante dena cuando B vale O (lo mlalTlO OCU". con
ObtelV'nOo II talJja de verdad dal XOR (an la "gur. de alla(lo), podel11Q$ deserlblr todos los ca_.n Iot
'1.
q.... la salida val. 1 la entrad. A vale 1 y la entrada B val. O
•la entrada B v.1e , y la I1ltrada A vale O
,
,• , , ,
Sust,juyendo y por - (ANO) Y ' 0' por . ... (OR), (lb. tllOllfTlOt la •• pte.,ón lógica que de el valor de la uIGV. V.(A·S).(S"A)
, , , ,
, , , ,
T. . . . _fWXOR:,... . . . . ""1...,.,. .. .."b .... _ l . ¡ , ...... CIRCUITO EOUIVALEN TE
Utilizando "'vefllOres como NOT. ANO en IlJ9IIf de ,. muh iplieaeión (") y OR en luga ' d9 la suma (+). Obl. r'>&/1\Of;
un CirCUIto equlv¡¡lant", al XOR,
tradas y u.mlnar .1 valor lógICO de los distintos punlos 001 c",cl)"o, conunuando h!l5l1'l 18.1 salida.
mosl,.c1o an la
ligur.
Por ejemplo: si A vak! 1 y B val. 0, ,'lnvertO< conece dará I Ambal ,nt'lIdlS (!el ANO de abajo . .tarjn , 1. por lo que IlIIT1bif1'1 uta.' , 1 su Nlida. IaÓO •
P, ••
asegur....
(!el IUr'lClOl\8.ml(llllO
correcto, ba.ata
.,
con apIIear L41s C\IIIIIO posibles comDlI\aeootlH de
en-
---,
En con~. el Of'Ilirlel enoontra.i al ll'I8f'IOt un 1 , 141 tntnIdII Y (Ia,.i por tanlO 1 , 141 NI~ (ondependientemente de 141 Dlr. enlrada),
Del mISITlO modo H pueden otras lres poslbihdadM
•
Colmo....,.. ... Oll ..."..... OR 1 NOT; /lO H 011101_ _
•-."...r.-_
'nII~zar
Iu
(~0It!
... AI'IO• ....,UIo •
SIMPLIF ICACIONES
El CI'CUIIO de arriba no es el más Hrn::lllo posible, en la ligur. olra akermollYa también v'IidI, que
I¡)II'_
l/tlIJu Unll puerta menos Eroslen l'IUITI8I'ot.IS Iknie. . (~lal que pro1o.mdlza'ernos en esl. curso) para Sl~'
(HIOI , . . , . - _
_.-
he.. lal expresiones In represefllan
~s,
y por lanlO loa C"CIiII05
~
:=1»:::>-' -~-
............ ""
JlOIt.Io!ck_r ......_ . al _ _ IrNo,
19
DIG IT A L
Dirfcto y nfgado (on Illyudl dr Ilqún ¡nvrrsor, un AMD purdr sustituir un OR y vicrvrrSl y la salida de un ANO (con ,nver$Ofes, es decir NDT), se obtiene un OA.
Tomamos la tabla de verdad del ANO Y esclib,mos el complemento Ióg;oo (es decir, el inverso o la neo gaclÓn) de las entradas y la salida: cambiamos 1 por D y viceversa
RocJpfOcamente, invirtiendo las entradas y sa lidas de un DR se obtiene un ANO. Por eso es su1iciente una sota de las puertas para poder construir tamboén la otra, aunque sea más cómodo lener las dos.
La tabla de verdad asl obtenida .. inO es otra que la del OR! Lo que significa que inv irtiendo las entradas
, , ,
, r_
rM •• . -
AND .... _ _
1 "'" ~ o.... ""momo ¡¡,.....1óI! 1611<_/ rM
¡., ....1' _ 1 1>1
. - , " «<_1>1
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,
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, - ,------.. , , , , ,
O
O
O
O
,
O
, , ,
, ,
O
O
.•.....•.............................. ...... ... . .................................... . .. . .. . • • ..... DE MORGAN (A .. B) _ A· B
La que acabamos de ciescribi r es una aplicación del teorema de De Morgan , que escrito de un modo más 10rmal C(ln1irma las dos equivalencias.
,
•
-
, •
(A •
Bl _ A .. B
f>-- y
Podemos leer la primera como "un NOR equivale a un AND con las ent radas n.egadas" y la segurrda romo 'un NA ND equivale a un OR con las entradas negadas" . La ligura muestra cómo constru ir UNl pue na OR ut ilizando ~amente puertas NANO, por ejemplo tres de las cuatro contenidas en un 74HCOO.
OISENAR UN NANO
Los tres aím bolos de la 1>gura son eqUIValentes; re· prasenlan todos un NANO. En las esquemas puede ocurrir que rx>S encontremos estos d i1erentes con· venlos de representación. lno todos juntos, se suponel El USO de los pequer'los circulas (como abreviatura del NOT) pa.
ra ,rrdicar las entradas negada. del segundo simbolo complica probablemente la legibrlidad. De hecho, el uSO de un slmbolo OR puede hacer poco evidente el hecho de que en realidad (pcI( electo de las entradas n.egadas) se trate de un NANO; es mejor utili u lJ el primero o elleroor slmbolo
La $8'" 74, ,nl'OOudda inlClalment. por T.... InSl1\>" menl$ $1,1$ TIL. cons1Jhl';e un . .1' ndar confi<-
:p;) ¡:'l::
~,
~.
'" 1M .. _
e MOS y TIL. las dos 1amilias mIl! difundidas tanlO en el ámbito industria l como an el p.rticul. r, t,,)nan 8 menudo en comun l. d,spoaición de los p ln. ..
...
c_, m ...
"
'-
/Mlj O~.
pa'.
AsI, podamos lene. un 7400 (TTL) Y l,1li 74 HCOO (eMaS), distintos elédrlcamente pero con ~ cIón da ptMS Id6nIicB Y con la lTII8IIIII 'unclón lógica (NANO cuidruple).
1_._._,. , _. . __._,
ESCALA DE INTEGRACI N LOS primeros Inleg'8(1o$ afan 5 5 1: $ing~'scale Inle· gration (,ntegración a pequel\a escala)," decir. reu' nlan pocot componen1" (transislores) en su. chipa da silicio.
Despues litigaron los MSI (medium-scale Integra· 1lOI1: Wltegraa6n a mediana escala). los L SI (la'gIIscaIe: a gran escala). los VLSI (\lery largll-acala a muy gran ncala), yel nUmero da compo".,"t" au< menll ahora ""s rápldamerna que la. aigtal Das· mentod" oon"nuament. la. previsiones da un prO!timo lim ita flliCO I la m'fllalurizaaón... prevllible que oonbnue al ntmo actual todavla algunoa al\ol;. por lo menos r~
._.
"" ... tlllp 1. . . /IOOIIIM IMIu/r _
21
Una cwiosldad: hasla ahOfa 6ien1pra se I\a cumplido la emplrica ley de M oo,,: el numero da Compoflllfl· 1. . Integrables en un ch,p ¡de Ufl determ,nado lama· 110) !le duplica mas o menos cada 18 mellltS
DIGITAL
MOS y (MOS Un ~jt (tnsumt yUIUI bUffIi inmunid.d .Iu inttrftrmduHOn mm 1.5 mrt'~5 dt l. tt
,.
....
• •
•
Sus entradas esl'n a una alla Impedancia. as 0Ge1f, M comportan como una reSIstencia de valor muy el.. vado (!lecenaS o ceOlenas de megaonmiOSl, ,n II'ller· leM en el cil'CllIto al Q08 están conectadol FinIIlmenlt, bar.,.., un boon margen da Inmunidad al
ruido normalmente. un
--
l.o _ TUIC ....,. _ .... 1otI..--1.t . . Mooi...,.., ... l n.. M I.t.- ....
-
------------------------ -----------------------------------------------------_._--_._--- ----------MOS SE RI E 4000 Además da los modernos CMOS de la Mne 74HC y slmllare •• todavla M utIlizan (aul'lqUII están en Yias de extll'lClÓf'l) los integrados MOS de la sene .woo. mef'IOt reaent" Son bastante más Ientoa. ~ a ... cargas elactros"bCaII (es láCII 8llropearlos rrMflIras se manejan) ~ es"n expuestos a un problema de bloqueo destructIVO Iamado '1atch-up-
..-
_ _ dtcollw
1oIUer_ .. u.o
,,«we'
SIn embargo. puede
_.-re..
_,"CMOS ___ 'o
.... ,n
a las ;nteo1erencias_
.-... -- ........ -.. ---------- --------------------------------------------------_., ,_ .. _---- --------UM 6 RAtE S HC y HCT Una variante de la lamll.. 74HC es la 74HCT, en la qUllIa"T" adlClOf\iU sognrtic;lo ' TTL o son CMeS, >'8ro dlseIoados para Su eonex.on dI,ecll. a los TTl
lJo dolerenoa resode en 1M umbr.... lóglo::ol de las entradas Q08, como l'Iemo&
ro.
,~
ICMOS,
•
En
ro.
ro. proyectos I'IIJIIYOI " He.
metOI" emplear Mllamenle
jl8fO a menudo 111 I"I8Cllalio COfMCIa'H a
otros cispo6olNOl que proporoonan Ml'laies a mveI TTl. por lo que puede &el ul,1 recurror a los HCT l.o .....,. H ..
.. _ . -
m "" ,.".. .....-r- _ _ ,o o"" He •
~'IIIl.""
HCT """ fef!lO ,.,. _ _ . _ ,....
22
ITL DUflnt, mucho tírmpo los stftortll~HIvtOS d, 1.. 5tfi, J~, Los TTl son ripidos, pm timm nrios in(ORvrnimtt5 El pn ...... ,,.. YIV. nI' de A TIl. iII IBM .. IT" dotundoda" ,ntegradl:n bopoImres. ()()I'\II-te en que 1..nen umbrales lo'9C<* ..1m4tr lcoa
•
En parbClAar... umbral del n,veI, bajo (lo cero) HUi
ctemaSlado "'Oxlmo.I8o ........ - una deboIlI\\erleren<:la puede S8f ya sufOCOlflle pan! ealNf .., _ .
Adamas.
fu~n 1610 a 5 v de alomentacOOn. moen· \fas que I0Il 14HC SQIl mas flexIbles {nomII.llTIeflle de
, ••
2.6 VI
_ .. _al
rn.
1.00 _ _ ,. IN " " , _ , ....H"I_ 1M ti 7«10. _ ..... 01 _ _ _ ¡" 110,..,.,..,... L "..." ",,.",.,_ _ H.
_
.. O/"'"
--------_ ........... -------_..
,.
..,
•
~•
•
•
..-
•
A d,terencOa de km MOS. las entradas de los TTL reqllleren c orrlenta: en la p.i1chca. pa'a IndIcar el n!Vall ea neceIa"O absorber cornonte hacia masa
•
SI la ..,Irad l esta 8 nIvel ano (HI no pa~ comenla, rnientH'" q ...... esta a baJO ~l) JMlsa COIT..,."I" (dIII Ofdel'l de un
~
MuII>PIoc:ar>do esta pequttl'la oome,'I" por ellll.IfNI'O da efllt", .. lactI alcanza' t;Onsumos ~n,,, ele>tadoS. Ademlia, esIO ',,",la el I1UtIero 00 enlradas que puedefI eoneclaIH a ~ al
•
•
La t>{jur. muestra un CirCUIto equlvllfmta en pri,· .... 1!. aprox,m,Clon, a una entra';" TTL: una rllSlSte"CIII eorl«"ac1a a la ahmefltaaón
................................................................................................... VARIANT ES DE LOS TTl
En 8I!)unas V8f kJrou de )S TTl . . ha Nduodo 11. eome."e de ent'ada, como tIf1 el uso de 11. le..., 74LS un 74lSOO consume m6s O ~ una evafUI pane del coro.umo de un 1400
Ot,as yal"ianl'" ol,ecen """VOl' Y8locldtod , como los 74S \SChottky).1os 14F (last) y ot,.. ~af'llOl1ft ut,tlzadas donckIlos CMOS no llegan Para ~elockladG. superiores (con al COSla de coros ... mol r.aeasano (ecurn, a laml lias bipola·
como la ECl. 23
OIGIT A L
Probl,mas d, conuión Pirl un bu." fundonlmi.nlo n nmmio rnp.tu Il,unu f.,lu A la saMa de un TTl el nivel H es muy bajo: sólo 2.4 ... . irlsuIOc;eote para la entrada de un eMOS sene HC. Además de la soIw:ióIl ya cItada. pero no siempre práctica. de utoliza r un HCT adecuado como inle rme· diario. e meoudo basla una realatencla (pull-up. torar hacia arriba). como se muestra en la ligura . De he<:ho. las sa lklas TTl "aspIran" COI"róente hacia abaio cuando están a l: si están a H son caSI librea y puede "!"af&! de el las" hacIa arriba con la resistencia para aumenlar al tensión.
u... HtN:JIUJ .... oMId.I
",ohot_~
..
~
_ _ _e pat_ .....,u.
m _ ..... ont-.. CMOS, .._
ft
_/delCo H.
--------- ._---------------------------------- --._--------------------------------------------. _--LIMITES A LA SALIDA
Un CMOS de la &ene 74 HC poede controlar de lodo: en su sa lkla se pueden conectar tanto TTl como CMOS No obstante. como las entradas TTl requieren corrlenla pa ra estar e nivel L (bajo). es necesario verificar que la salida la pueda pfoporcionar. Un segundo problema es más enga·
/\oso y se produce. especialmeote con los CMOS, cuando una mIsma salkla está conectada a varias enlradaa . Como cada entrada tier'>(! una pequei\a capeclded hacia masa. estos pe_ Quei'los condensadores (en paralelo enlre sí) se suman, lormando un@ro que altera ligeramente las sei\ales lógicas
Ir_.
SI ..... _ _ eoootroM . ....... pat~ .... m ti prlftclpol ~ .. _
~
cluso recibir una interterencia a 50 Hz de la red de
~.~"~.~.,.~"' ~,,~"~.~.~",.".""."'~,.~.,'~"~'~.,",","~O,'~""~~:",¡":.'__,.,.~~~"~'~.~'""""'.(~por "acoplamienlo capaCItIVO·). Una en,'~"" trada TTL abierta es teóricamenle
."'"
..' -D-
~ _ 'M
'101
1 101
~
l'
-~
24
H (Alto). pero conviene COncl'Ctar la en cualquóer caso a la ahmentatión con una resistencia, para elimInar posibleS se~ales no deseadas .
""NI! <101M """"A <""'" H - " " " e_tal
Lao ..., , _ "" H _,1 ..: ..1..
•_ _ t..-~ _'O (L/61IH/.
DIGITAL
Núm,ros binarios Lu (ombinuion.s d. bits, o s.ñill.s .Iidrim di,ilill.s, pu.d.n r.pr.srntar núm,ros Un bit puede estar en dos únicos eSlados, por lo que podemos utilizarlo para representar dos valores numéricos: por convenio O (cero) y 1 (uno).
Combinaciones de M s
Anadiendo un segundo bit tenemos cuatro posibles combinaciones: 00, 01, 10 Y 11 . Con otro bit las combinaciones se duplican y llegan a ocho, como se ve en la figura adjunta.
Tres bits ofrecen 8 combinaciones distintas, que podemos hacer comtSponder con los ralores de O a 7.
Disponiendo de un número suficiente de bits , o bien de las senales lógicas correspondientes, podemos representar cualqu ier va lo r decima1.
Valor
O
O
O
O
O
O
1
1
O
1
O
2
O
1
1
3
1
O
O
4
1
O
1
5
1
1
O
6
1
1
1
7
POTENCIAS DE DOS
El código binario habitualmente utilizado es comple- so s (multiplicadores) de las columnas no son tamente equivalente al código decimal habitual, salvo potencias de 10 (1, 10, 100, 1,000, etc.) sino potencias por el hecho de que emplea dos únicas cifras (O y 1, de dos: 1, 2, 4, 8, 16, 32, etc. obviamente) en lugar de diez. Con r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , nuestros números decimales, la Número binario: 101001 primera columna de la derecha es la de las unidades, después están PESOS las decenas. las centenas , los miles, etc.
o
O
1
I~
Lo mismo se puede hacer con los números binarios, sólo que los pe-
Para calcular el ralor de un número binar/o, se suman los pesos de las columnas donde hay un 1 .
41
(decimal)
CABLES Y NÚMEROS
Si todo cable de un circuito digital representa un bit positivos digitales, como un ordenador o un lector de (con el convenio H=1 y L=O), un grupo de cables discos compactos, representan los números en su puede representar un valor. Basta con ordenar los interior. cables de modo que el que represente el bit menos significativo (LSB: Least Significant Bit) sea el de peso 1 y el que corresMSB (Más significativo) ponde con el bit más significativo (MSB: Most Significant Bit) de peso Cable 3 (peso 8 ) g H_ 8 es H. vale su peso l _ Cable 2 (peso 4) O es L, vale cero 32, en el caso de 6 cables. Es exacCable 1 (peso 2) O es L, vale cero tamente de este modo como los dis-
r:--"'-==="---------------------,
Cable O (peso 1)
Un grupo de cables puede representar un número s/ se asigna un peso a cada cable.
l_ ' " ~ /
LSB (Menos signifi cativo)
25
H_ 1
9
es H. vale su peso (decimal)
DIGITAL
Dr(odifi(adorrs lit" dr(uitoJ fli9fn una ulidalf'lÍln la (ombinadán df In fntradn Los C"CUltos integ rados un poco más complejos que las serw;illas puMas lóg icas se llaman MSI {Mldd le ScaHJ 01 Integratioo esca la media de Integración): existe una gran variedad de tipoS. Se uti liza mucho el decod ll lcador, que achva una de las pos ibles salidas segun las combinaCiones de las sa~a les de entrada. A menudo se ull llza para elegir un dispos itivo entre los disponibles, aplica ndo en su ent rada el numero de la salida al que eslá conec·
M,.
*..,-_.. Cacú ........
,
¡.,. ..., , .. ~, , octl ••
(MSBI
•
~ , . dI.lint~
--. "
--------------------------------------------- -----------------'-------------~~""" DECOOIFICAOOR J A 11
SI por eJempkl hay 3 entradas, dan IUllar a 11 poSibles comblnacoones: habrá por tanto 8 salidas di stintas Se trata de un decodificador ' 3 a S' Observantlo la tabla de verdad de ta l igu ra, se puede ver que representa las mismas combinaciones de tres bits mostradas en la pág ina anterior En la práctica, el decodilicaclO< no hace otra cosa que pone r a I (nivel elé<::tnco H) la salida corresponcllente al número binario conligurado en las entradas.
S< por eJflmplo a la entrada hay 011 (es dedrC=O, A~ 1).
B~ ' ,
se pondrá a 1 sólo la sahda Y3 en realidad el
numero binario 01 1 COfrespoode al número dec imal 3.
........................•.•. .•................... ......................................... .. •...•.. HAB llITACION Normalmente los decod~icadores disponen también de una sola entrada de habiHtació!1 (enable), cuya lunclón es la de ec~va r o desactIVar las salidas. Si el decod~icador está desacl ivado ninguna de las salidas se activará, sea cual sea la combinación de las entradas
1
En los dispositIVOS comerciales es necesano lene< cuida· do, porque las salidas y la entrada ele habil itación pue. den también estar IMI9I'dal (es decir. activas a D). oomo en el t!f8I lop!o mostnldo en el curso ele Componentes
,
DMN (¡W ~ 0ÚIMf
26
Sumas rn binario lu sum.s rn <ódi,o bin.rio HIn idrntim .In rfllil.du .",¡,jii •• d"i~ Pala hacer sumas en código binar",. es de(;ir. en base 2, se procede exactamente como en
~s
sumas J1O
0 .. 0 _ 0
o .. 1
E 1 1 .. 1 a 10 es decir O 1leváodose" 1
En realidad, dado Que ~ cllra "2" no eXiste, 1+1 se pone a cero y produce acafroo . Recordemos que "lO' en binario se"*, IInGocero (no "diez") y vale realmente 2 en decimal. Puede pare«lr extrai'lo, pero los sistemas binario y decllna l funcIOnan exactamente del mismo modo: si estuviéramos aCOSlUmbrados de aIro modo , encontrariamos normal el binario e irlCOmprensible el decimal .
_.
.. . • . • .. • . •.• • .......... _-
=
~,
00..
oou 0>00 0 101 0 110 0 1 11 ,~
' 00 ' 1010 1011
uoo 1101 1110 1111
de
•, · ,, · • •
Partlendo de O Y .umando 1 cada vez, se obtiene la tabia mostrada en la ligura da allaoo: son los primeros 16 números binanos, que en electr60ica se encuentran habitua lmtlnte.
·• • • · ,• · ·• ·• • • • • • •
En reali
. " ."" 4 .'_1. U
t ... ¡ t r i _ 16 _ _ "."..,.. _ PItIos. y.., d«1maI.
Cuando ~ano$ hilo$ rtlp
Se utiliza en lugar de eHo un hilo COtl la indicaCIÓn del numero 00 h,lo$ unk:Qs repreStlntados. Un conjunto de Mos homogéneos StI llama también bUI
- " " repteH"t_
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el nlado
~
6t
La Bochu r. ckO bus in
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~"" ... 1Iw
""~ 1:::: "
COtI
Mn<_._~
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•
... - . 6t 4 /lito.
27
DIGITAL
•
Arboln df dfeodifieador bist,n dt(odifiudorfi (on mis y mtnOJ JilidlS , y los '''' '"
";,t,,.
Además 00 k>s decodIficadoras ' 3 a 8' ya descritos, se pueden conseguir decodIficadoras 2 a 4 , es deci r con 2 entradas y 4 salidas, o bien de 4 a 18. Si se necesitan decodificadores con varias salidas. es pos ible realizarlos pa rll(!ndo 00 decodifICadoras más sencillos y aprovechando la entrada de habilitación
Es al ~irlCipio de la división del trabajo: k>s bits de mayor valor (más significatIVOS) (!ligen qué decodificador activa r. al resto eligen la salida. 1'11<• ...... ._
Con 6 bits se obhenen 64 combinaciones: seria poSIble un decodlficador ' 6 a 64' , poco práctico pero en un solo chIp: se necesita rian al menos 72 plnes.
"
Se puede construir C(l(I el principio antes descnto: ocho decodificadores de 8 salidas. dirigidos a su VilZ por un posteOOr decodilicador de 8 salidas.
la hgura muestra el esquema del di spo5Í1ivo. omit iendo por simplicidad los otros 6 decodIfIca' dores (U4 a U9) en paralalo a los dos dibujados en lo qua se refiera a A. B. C, pe ro cada uoo oon habil itación propIa (GJ.
"'ti '? ___________________I '
E! / I I f r n M _ 111. dIrlIJdo". ,.,. J ..... ~ • ..,. cIlIII • ,.,. or..... B ..111<..
..•.••... • ..... ............... . . ..........................••• ..................................... DIVIDIR EL PROBLEMA
Para entaoOOr el ClfCUno. dlvldlmoa los 6 brts de entrada en dos grupos de Jblts. como muestra la figura adjunta. El grupo de la izquierda. el máa significativo, va al decodificador U 1, que activa una de sus B salidaS. aeci· vando (con la entrada G de habilrtaCÍÓll) UOO de los 8 decodificadores U2·ug. El grupo de J bits de la derecha. el menos significativo. va B k>s decodifica· dores U2·U9; uoo sólo de ellos estará s'n embargo activo . el elegido por Ul . ~ N/ Ir."..: "'" Ir.. lrItf do ,. ~ rIo """"" o/ _
De este modo. loda posible combinación de entrada activa una sola sa lida de un unlCO decod if;cador.
-01
_
101
eL,. Q11
... _ _
~
DtGtTAl
T.mporizadoD'S (1
tifmpo jUfql un plpfl fundlmfntll fn los .;;,,,;,,,,,1,,,,,;,;, Tamboén loa Ctl'(:U,loa més ni~ lienef1 Sut loempos de resp uesta, niogun camtHo de Hla· do se produce ct. rTlllne-
Aparllf1lemenle. los CIfCUII081ógM:os responden alas sellalH de modo ,nmed.alo: en cuanlo cambia la enlrada. ta salida se acomoda al cambIO.
Se trata son &mbalgo de una Impr.llÓn debida lla IenlltLd de los ,.n.,o. humanos con 'especIo a loa toempol de respuHta de loa ~IIYOS electr6-
Visla desde oorca y con una .Iul. de l lempol disbnta. la electrónica dogilal poerde su carteler bonano (110. ~deroIIalso) par. a1JUfT1ir oontomos mAs 'mprec,$O$
UNIDADES DE MEDIDA
s; un CI'CUo1() camb18 de "tado regularmenle un m,1Ión de
por
Veefl
s.egurldo, el nempo MI.e una Iransi(:;ón (cambio de eSlado) y l. ',. gUOefole H de una m;¡~"ma de segunOo, o mlc rolegundo (11') En electrÓfIICII. un lTIOCfOIM9III1d " un loempo bulanle largo la unodad de medida normalmenle utilizada es el nanosegundo (na). H una m,lmollonés'rTIII de seg.urldo.
dec".
Para aX8.fl1lna' de cen:a loa detalles de atgunos 1.. 16I'I8IKlllIIIac:trónk:m, se ut*zan lIdamés loa plcoaegundol (~), miIésomas ct. nanosegundo
-
DIAGRAMAS lOGICOS
T
Pa,a represenlar el comportamlanto de las sellalH lógicas on el liempo. basta \litr el d,a· grama adJunlo.
Se suele dobuja' en e l . Ilonzonlalel paso del tiempo . moen1ras que lIfl el veMlCal se muestra el nMIII6gico (es decl, . en la prtelica el vakl, de la len816o) En un miamo diagrarTIII se pueden ,epresenlar vanas aeflales, de modo que se resalten "'. relaciona, tempOfales: lo que ocu'" antes y lo que ocurre despu&s
Por .jempIo, en la ligIlra la tranS-lCl6n (cambIO de estado) de H a L da la s.eI\al A precede en 50 ns • la de l a H de la señal B
::;If-----.J,----L~_,,'-;"'C ~
100
1'50
DIqt .... ' - " " ' " _, rIooropo .. _ .", ,,,
29
200
~
-+ - - -.. ' 300 -Jro
01 .,. _ " _In 01 _
'
...
OIGITAL
Rftardo d, propaCJación Un pomer nIvel de .pro~lmItCIÓn, suficiente e
-
As!, se presUl solamente atanción .1 tiempo Que amplee 11..",,1 lOgOca para .,r....... r ...., circuIto ~UlI. por ejemplo una p!.I8fte
A esto tambiéfl .. le dooorlllna tiempo (o ratardo) de pr~. clón de la sel\8 l. medido de$de la .Mr.da a la salida. o bien '¡;empo de tránsIto'
RETARDOS EN LOS DIAGRAUAS
Loe diagramu de las tfl1ll9OnzBClOl'les permrten raprasenl.r . ~pH~lIamente los lelal'dos debtdos . 1 ~ruce de los cln::ultos lógicos.
AL
r
_ _
~
Por ejemplo, la "gura moestra las sel\8les medid••
en tr85 ptJnlos de un sencillo Clrcu,to, conSIIIUido por dos OnversOf.S en serie Desde el ptJnlO de _la puramenta 1611"'0, la señal en la salida e .s idéntica. la de la II<1lradll A. dado Qt.I8 las dos inversIOneS 88 anulan: si hay un 1 en la
•
,
f----'
anlnlda ha y un 1 an la 5il lida . y viceversa
....
.,
En el mlKldo real. tIn embargo. e esUr ..¡ ....dII con ~o • A. la MI\aJ debe atr.vesar los dos NOT. cada uno de los cuales le hace perder \lempO
c-._-.._..... .. _ ••• _ 2 • • ~ ..
.. $
....
,"Iioo ; "_~_,.,_
I . ......._ A.
El RETAROO DEPENDE DEL CIRCUITO
No todos los circuitOS integr.dos t_ al fIlI$IT'IO Iiempo de ~. Esto depende. en primer ktgar. de l•• ur.et.ristre" d. la ¡,mili. de
productoe (por Oje",,*, 14HCl· c.da t.miIia QlMI 88 puede adqulnr en oomerooe bene un tl$ml)O t!poCO de pr~gaco6n de la p .... r1. IÓ1IIc:e rndovidu.l: 10$ Clreurtos lorn'Iedos por ...... nas puertu tienen naturalmen •• liampos más iargoe
Es.e .iempo no es constante. sino Que depende . entre o1ras oosas. de la, toIerancaas de produc(:IOn Y de la temperat.......
_ •""_ _'.IIcJ<. __ 1._t._
D~.,.
30
IV l' . , . . _ , . . MI ......., .... , 11
~allos
imprnistos (glitch) Los l~poS de propagación pueden originar la aparición de breves ¡;efieles no deseadas, kl cual seria
CirctJilOS relaWamenle lentol, como las cenlral ilas de antirrobo. pueden responder en tiempos del orden di! decenas Oe milIsegundos o más.
causa Oe positlles problemas.
Asl. ej diseilado< podria peosa'Qoo no tiene qllO preocuparse po< los pocos nar.osegundos del IitImpo de propagación. Sin embargo. se tlQui-
>'OCaria. fo f* Mn
<_orlo
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p
1m¡Mo/l /_ L . H . lJ .. . - __ 6I
.'
---'
lo
..........tr. ..
UN IMPULSO FALSO
La ligura de arriba muestra una pUMa XOR (OR exclusivo) , una de cuyas enl radas se ha retrasado con un pa r de inve rsores (NOn.
En ausencia de transiclOlles la salida está slem¡l re a o: las dos entradas A y B tienen el mIsmo valor lógico. Pero. sin embargo, si la entrada A cambIa de estado, una entrada del XOA cambia rilpldamente mIentras que ta otra (e) cambia poco desp\Jés.
• ,
•
En et breve intervalo en que las dos e!1tradas del XOA son distIntas. la sa lkla se pone a 1. es decIr. el circuito produce un breve Impulso.
,
El d iagrama temporal s djunto muest ra como las sei'iaKls en las entradas A y B están dulaudaa. es decir. ligeramente retrasadas una con respecto a la otra .
Todo va bien si el,mpu lso se oosea , pero si llO S8 desea toma &1 nombm de l eIla Imprevisto (gliICh), una de las pesadillas da los disei'iacio,es digi¡ales.
entrada , por un instante se aCliven dos sa lidas. o ninguna.
EXIsten circuItos (muy utilizaclos) sensbk!s a tas transiciones: un lallo i!l"l¡)l"fMslO lo!; ac\IVa IICcidefltalmeole. Veremos a continuación cómo se a!roota este problema. En d;st,ntos integrados. como normalmente los decodificadores. el retardo no es el mismo pa ra todos los trayectos: puede suceder que . camb4anclo el número a la
A _ . t./Ioo !mpm101.. 1 1tH ... ouperpook_
I""'~" ~~_aolW. ~ ....... tlM!po/ .. 1'-'" dentro "" loo m _
1nI.,,-.....
31
YÑ
""
DIGITAL
Tiempos de conmutación h trlnsidón dt un utdo ló,ito 1I opuuto no ti.n Ibsoluto instlnt"n .. En 10$ dlagtamas de la. lemporizaocoones nuestras MI\aln I6goc:as cambian CII estado (coomutan) con
•
una Iran$lCJÓf1 net. En el mundo r&al IIaS seo\ales dogoUlles no eXlSlenl LOI CIrCUItos se reahzan con eompone<1tes analógicos. y uM transiei6n de L 11 H pasa por lnl1n1l0. estados IntermedIOS EllO no constItuye normalmente un plOblema para 10$ dlselladores, pero hay cOflN'Cuencla. prlictJcas que .. deben terHtf en cuenta [O _ _
~..,-.
__
~
_ _ _ -.... ..... _ _ t...... _
.....
•
"
.....
SUBIDA V BAJADA
'-"'-
Pira pasar de La H, uM sel'la l lóglca 8fTIIllea tiempo; eSle inlervalo se llama Uempo de subida Su reciproco K el liempo de balada empleado para pasar de
