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En este trabajo realizado se concentra principalmente en los Fundamentos de sistemas digitales como esto forma parte de la asignatura (“electrónica digital”) de los cuales se derivan subtemas como: 1.1 Fundamentos de los sistemas digitales 1.2 Señales análogas y digitales. 1.3 Relación entre los sistemas análogos y los Sistemas digitales.
Fundamentos de los sistemas digitales Un sistema digital es un conjunto de dispositivos destinados a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de señales digitales. También, y a diferencia de un sistema analógico, un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñados para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos.
Señales analógicas Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en forma análoga a alguna Variable física. Estas variables pueden presentarse en la forma de una corriente, una tensión o una carga eléctrica. Varían en forma continua entre un límite inferior y un límite superior
Señales digitales Son variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el Tiempo transmitiendo información según un código previamente acordado. Cada nivel eléctrico representa uno de dos símbolos: 0 ó 1, V o F, etc.
Sistema Analógico y Sistema Digital Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con valores discretos, mientras que la electrónica analógica emplea magnitudes con valores continuos.
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OBJETIVO El principal objetivo de esta investigación es conocer y saber las funciones preliminares de los sistemas digitales, señales análogas y digitales y sus relaciones entre ambos sistemas.
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INDICE Introducción……………………………………………………2 Objetivo…………………………………………………………..3 Fundamentos de los sistemas digitales …………………………..5,7 Señales análogas y digitales …………………………………………8,10 Relación entre los sistemas análogos y los sistemas digitales …….11.13 Conclusiones…………………………………………………………….14 Bibliografías………………………………………………………………….15
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FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES Cuando la mayoría de nosotros escucha el término 'digital' inmediatamente pensamos en una calculadora digital' o 'computadora digital'. Lo anterior probablemente puede atribuirse a la
forma tan impresionante en que ahora
computadoras y calculadoras, a bajo costo. Es importante señalar que ambas representan sólo una de las muchas aplicaciones de los circuitos y principios digitales. Los circuitos digitales se emplean en productos electrónicos tales como juegos de video, hornos de microondas y sistemas de control para automóviles, así como en equipos de prueba como medidores, generadores y osciloscopios. Además, las técnicas digitales han reemplazado muchos de los
'circuitos
analógicos' utilizados en productos de consumo como radios, televisores y equipos para grabación y reproducción de alta fidelidad.
Señal Digital. Las señales digitales basan su funcionamiento en dos estados únicamente, nivel alto (uno lógico) y nivel bajo (cero lógicos), aunque la lógica de trabajo puede ser de dos clases que podrían definirse como complementarias: • Positivas: funciona a nivel alto. • Negativas: funciona a nivel bajo.
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Sistemas Lógicos digitales. Un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos. La mayoría de las veces, estos dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Los niveles alto y bajo dependerán de las técnicas de construcción con que se fabrican los circuitos integrados que albergan los componentes lógicos digitales. En lógica positiva son:
TTL ECL MOS “1”… 5V (2.4 V mínimo) “1”… 0V “1”… 15V (5 V mí nimo) “0”… 0V (0.8 V máximo) “0”… -5.2V “0”… 0V (3.5 V máximo) Para garantizar la compatibilidad entre los circuitos lógicos por diferentes tecnologías existen integrados adaptadores de nivel, aunque en la actualidad la tecnología MOS dispone de integrados lógicos totalmente compatibles con los TTL. Se puede establecer una relación de ventajas e inconvenientes de unas tecnologías frente a otras: • TTL y ECL poseen unos márgenes de tensión más reducidos, aunque ello exige una mayor estabilización en las alimentaciones. • TTL permite trabajar con Corrientes más elevadas. • ECL presenta el inconveniente de necesitar una alimentación negativa. • ECL es la que permite trabajar a mayores velocidades, mientras que MOS es más lenta. • MOS presenta menor consumo de p otencia. • El costo de los integrados TTL es menor frente a los ECL. Los circuitos integrados lógicos pueden ser clasificados de varias formas: • Por su proceso de fabricación:
Monolíticos: Todos los componentes son formados en la misma pastilla Semiconductora.
Peliculares: Los componentes se van formando sobre la superficie de un sustrato aislante (vidrio, cerámico).
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Multilaminares: Los componentes se forman en capas diferentes y son unidos por un sustrato común.
Híbridos: utilizan todas las técnicas anteriores para formar los componentes. • Por el tipo de transistor empleado:
Bipolares: transistores NPN o PNP. MOS: transistores MOS. • Por su complejidad:
Pequeña escala de integración: SSI, un máximo de 12 unidades lógicas. Media escala de integración: MSI, entre 13 y 100 unidades lógicas. Alta escala de integración: LSI, entre 101 y 1000 unidades lógicas. Muy alta escala de integración: VLSI, entre 1001 y 1 000 000 de unidades lógicas
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SEÑALES ANÁLOGAS Y DIGITALES Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias categorías: digitales y analógicos.
Señales analógicas La señal analógica es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal es continua). Toda señal variable en el tiempo, por complicada que ésta sea, se representa en el ámbito de sus valores (espectro) de frecuencia. De este modo, cualquier señal es susceptible de ser representada descompuesta en su frecuencia fundamental y sus armónicos. El proceso matemático que permite esta descomposición se denomina análisis de Fourier. Un ejemplo de señal analógica es la generada por un usuario en el micrófono de su teléfono y que después de sucesivos procesos, es recibida por otro abonado en el altavoz del suyo.
Es preciso indicar que la señal analógica, es un sistema de comunicaciones de las mismas características, mantiene dicho carácter y deberá ser reflejo de la generada por el usuario.
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Esta necesaria circunstancia obliga a la utilización de canales lineales, es decir canales de comunicación que no introduzcan deformación en la señal original. Las señales analógicas predominan en nuestro entorno (variaciones de temperatura, presión, velocidad, distancia, sonido etc.) y son transformadas en señales eléctricas, mediante el adecuado transductor, para su tratamiento electrónico. La utilización de señales analógicas en comunicaciones todavía se mantiene en la transmisión de radio y televisión tanto privada como comercial. Los parámetros que definen un canal de comunicaciones analógicas son el ancho de banda (diferencia entre la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia media y de cresta.
Señales digitales Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo. Sus parámetros son:
Altura de pulso (nivel eléctrico)
Duración (ancho de pulso)
Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo) Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, y como dijimos anteriormente, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.
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La utilización de señales digitales para transmitir información se puede realizar de varios modos: el primero, en función del número de estados distintos que pueda tener. Si son dos los estados posibles, se dice que son binarias, si son tres, ternarias, si son cuatro, cuaternarias y así sucesivamente. Los modos se representan por grupos de unos y de ceros, siendo, por tanto, lo que se denomina el contenido lógico de información de la señal. La segunda posibilidad es en cuanto a su naturaleza eléctrica. Una señal binaria se puede representar como la variación de una amplitud (nivel eléctrico) respecto al tiempo (ancho del pulso). Resumiendo, las señales digitales sólo pueden adquirir un número finito de estados diferentes, se clasifican según el número de estados (binarias, ternarias, etc.) y según su naturaleza eléctrica (unipolares y bipolares)
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RELACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS ANÁLOGOS Y LOS SISTEMAS DIGITALES Sistema Analógico y Sistema Digital Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con valores discretos, mientras que la electrónica analógica emplea magnitudes con valores continuos. Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento
o almacenamiento de señales digitales.
También
un sistema
digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos. La mayoría de las veces estos dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Para
el análisis y
la síntesis de sistemas digitales
binarios
se
utiliza
como
herramienta el álgebra de Boole.
Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:
Sistemas digitales combinacional: Son aquellos en los que la salida del sistema sólo depende de la entrada presente. Por lo tanto, no necesita módulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas previas.
Sistemas digitales secuenciales: La salida depende de la entrada actual y de las entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la información de la 'historia pasada' del sistema.
Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan puertas lógicas (AND, OR
y
NOT)
y transistores. Estas
puertas
siguen
el comportamiento de
algunas funciones booleanas.
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Se dice que un sistema es analógico cuando las magnitudes de la señal se representan mediante variables continuas, esto es análogas a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores discretos. La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejemplos de magnitudes analógicas son el tiempo, la presión, la distancia, el sonido.
Señal Analógica Una señal analógica es un voltaje o corriente que varía suave y continuamente. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.
Ventajas del procesado digital de señales frente al analógico Existen muchas razones por las que el procesado digital de una señal analógica puede
ser
preferible
al
procesado
de
la
señal
directamente
en
el dominio analógico. Primero, un sistema digital programable permite flexibilidad a la hora de reconfigurar las operaciones de procesado digital de señales sin más que cambiar el programa. La reconfiguración de un sistema analógico implica habitualmente el rediseño del hardware, seguido de la comprobación y verificación para ver que opera correctamente.
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También desempeña un papel importante al elegir el formato del procesador de señales la consideración de la precisión. Las tolerancias en los componentes de los circuitos analógicos hacen que para el diseñador del sistema sea extremadamente difícil controlar la precisión de un sistema de procesado analógico de señales. En cambio, un sistema digital permite un mejor control de los requisitos de precisión. Tales requisitos, a su vez, resultan en la especificación de requisitos en la precisión del conversor A/D y del procesador digital de señales, en términos de longitud de palabra, aritmética de coma flotante frente a coma fija y factores similares. Las señales digitales se almacenan fácilmente en soporte magnético (cinta o disco) sin deterioro o pérdida en la fidelidad de la señal, aparte de la introducida en la conversión A/D. Como consecuencia, las señales se hacen transportables y pueden procesarse en tiempo no real en un laboratorio remoto.
Sistemas que utilizan métodos digitales y analógicos
Existen sistemas que utilizan métodos digitales y analógicos, uno de ellos es el reproductor de disco compacto (CD). La música en forma digital se almacena en el CD. Un sistema óptico de diodos láser lee los datos digitales del disco cuando éste gira y los transfiere al convertidor digital-analógico (DAC, digital-to-analog converter). El DAC transforma los datos digitales en una señal analógica que es la reproducción eléctrica de la música original. Esta señal se amplifica y se envía al altavoz. Cuando la música se grabó en el CD se utilizó un proceso que, esencialmente, era el inverso al descrito, y que utiliza un convertidor analógico digital (ADC, analog-to-digital converter).
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CONCLUSIÓN Esta investigación que se realizó nos lleva como acuerdo a profundizarnos más en la materia que estamos cursando a entenderle un poco más sobre los sistemas analógicos y digitales tanto como sus fundamentos. También por otra parte como es una señal analógica y digital como es su estructura, como está conformada,
como se pueden crear qué es lo que son
como se pueden dar entre otras cosas. E incluso cuantos tipos de sistemas digitales puede haber ya tanto como analógicos.
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