UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA
ELECTRONICA Y ELECTRICALABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES 1III.
CUESTIONARIO PREVIO1. Concepto de sistema analgico y sistema
digital. Seal analgica y seal digital.Los sistemas electrnicos
procesan la informacin que les llega a sus entradas, esta
informacin es transportada mediante una seal elctrica. Por la
naturaleza de esta seal podemos diferenciar dos sistemas:Sistema
AnalgicoSistema Digital
Es aquel conjunto de dispositivos diseados para manipular
cantidades fsicas o informacin que estn representadas en forma
analgica, siendo estas transportadas mediante una seal
analgica.
Es aquel conjunto de dispositivos diseados para manipular
cantidades fsicas o informacin que estn representadas en forma
digital, siendo estas transportadas mediante una seal digital.
Como vimos, existen 2 tipos de seal elctrica, ests son:Seal
AnalgicaSeal Digital
Es aquella seal que toma el modelo matemtico de una funcin
continua, es decir, puede tomar infinitos valores frente al tiempo
y transporta una informacin analgica. Vemos que las magnitudes
fsicas con las que convivimos son esencialmente analgicas o
continuas.
Seal AnalgicaEs aquella seal que toma un conjunto finito de
valores, transporta una informacin digital. Particularmente
trabajaremos con un caso particular de la seal digital, la seal
digital binaria. En la que slo son significativos los valores de
tensin comprendidos en dos intervalos de tensin diferentes. A todos
los valores dentro de cada uno de los intervalos se le asocia un
mismo valor lgico, normalmente uno y cero.
Seal digital binaria
2. Circuitos lgicos integrados: TTL Y CMOS. Definir los niveles
de voltaje:VIH,VOL,VIL,VOHLos circuitos digitales emplean
componentes encapsulados, los cuales pueden albergar puertas lgicas
o circuitos lgicos ms complejos.Estos componentes estn
estandarizados, para que haya una compatibilidad entre fabricantes,
de forma que las caractersticas ms importantes sean comunes. De
forma global los componentes lgicos se engloban dentro de una de
las dos familias siguientes:TTL: diseada para una alta
velocidad.CMOS: diseada para un bajo consumo.Familia TTL (Lgica de
Transistor - Transistor)Esta fue la primera familia de xito
comercial, se utiliz entre 1965 y 1985. Los circuitosTTLutilizan
transistores bipolares y algunas resistencias de polarizacin. La
tensin nominal de alimentacin de los circuitosTTLson5 V DC.Niveles
Lgicos TTLEn el estudio de los circuitos lgicos, existen cuatro
especificaciones lgicos diferentes:VIL,VIH,VOLyVOH.En los
circuitosTTL,VILes la tensin de entrada vlida para el rango0a0.8
Vque representa un nivel lgico0(BAJO). El rango de
tensinVIHrepresenta la tensiones vlidas de un1lgico entre2y5 V. El
rango de valores0.8a2 Vdetermina un funcionamiento no predecible,
por los tantos estos valores no son permitidos. El rango de
tensiones de salidaVOL,VOHse muestra en la figura 9.1.4.
Figura 9.1.4. Nivel lgico de entrada de un circuito TTL
Circuitos Lgicos CMOS (Metal xido Semiconductor
Complementario)La tecnologaCMOSes la ms utilizada actualmente para
la construccin de circuitos integrados digitales, como las
compuertas, hasta los circuitos como las memorias y los
microprocesadores. La tensin nominal de alimentacin de los
circuitos CMOS son+5 Vy +3,3 V.Niveles Lgicos CMOSEn la figura
9.1.5. se muestran las tensionesVIL, VIH, VOL, VOHvlidas para los
dispositivosCMOSde nivel+5 VDC.
Figura 9.1.5. Nivel Lgico de Entrada de un circuito CMOS +5 V3.
Presente un resumen del sistema de numeracin binario. Muestre otros
sistemas de numeracin. El sistema binario, llamado tambin sistema
didico es un sistema de numeracin en el que los nmeros se
representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1). Es
uno de los que se utiliza en las computadoras, debido a que
trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo cual su
sistema de numeracin natural es el sistema binario (encendido 1,
apagado 0).Un nmero binario puede ser representado por cualquier
secuencia de bits (dgitos binarios), que suelen representar
cualquier mecanismo capaz de usar dos estados mutuamente
excluyentes. Las siguientes secuencias de smbolos podran ser
interpretadas como el mismo valor numrico
binario:1010011011xoxooxxoxxynynnyynyyEl valor numrico representado
en cada caso depende del valor asignado a cada smbolo. En una
computadora, los valores numricos pueden representar dos voltajes
diferentes; tambin pueden indicar polaridades magnticas sobre un
disco magntico. Un "positivo", "s", o "sobre el estado" no es
necesariamente el equivalente al valor numrico de uno; esto depende
de la nomenclatura usada.Existen tambin otros sistemas de numeracin
usados en la informtica y ciencias de la computacin, tales como el
sistema octal y hexadecimal, teniendo el octal como base el 8 y el
hexadecimal el 16.4. Cdigos binarios: explique las caractersticas
del cdigo BCD. Otros cdigos binarios.Cdigo BCDCdigo BCD
(Binary-Coded Decimal (BCD) o Decimal codificado). Binario es un
estndar para representar nmeros decimales en el sistema binario, en
donde cada dgito decimal es codificado con una secuencia de 4
bits.Con esta codificacin especial de los dgitos decimales en el
sistema binario, se pueden realizar operaciones aritmticas como
suma, resta, multiplicacin y divisin de nmeros en representacin
decimal, sin perder en los clculos la precisin ni tener las
inexactitudes en que normalmente se incurren con las conversiones
de decimal a binario puro y de binario puro a decimal.La conversin
de los nmeros decimales a BCD y viceversa es muy sencilla, pero los
clculos en BCD se llevan ms tiempo y son algo ms complicados que
con nmeros binarios puros. El BCD es muy comn en sistemas
electrnicos donde se debe mostrar un valor numrico, especialmente
en los sistemas digitales no programados (sin microprocesador o
microcontrolador).Utilizando el cdigo BCD, se simplifica la
manipulacin de los datos numricos que deben ser mostrados por
ejemplo en un visualizador de siete segmentos. Esto lleva a su vez
una simplificacin en el diseo fsico del circuito (hardware).Si la
cantidad numrica fuera almacenada y manipulada en binario natural,
el circuito sera mucho ms complejo que si se utiliza el BCD. Hay un
programa que se llama b1411 que sirve para dividir al sistema
binario en dos combinaciones. Una por ejemplo es la de sistemas
digitales.RepresentacinCada dgito decimal tiene una representacin
binaria codificada con 4 bits:Decimal: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9BCD: 0000
0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001Los nmeros decimales,
se codifican en BCD con los de bits que representan sus dgitos.
Cdigo AikenElcdigo BCD Aikenes un cdigo similar al cdigo BCD
natural con los "pesos" o "valores" distribuidos de manera
diferente.En el cdigo BCD natural, los pesos son: 8 - 4 - 2 - 1, en
elcdigo Aikenla distribucin es: 2 - 4 - 2 - 1La razn de esta
codificacin es la de conseguir simetra entre ciertos nmeros.Ver la
simetra en elcdigo Aikencorrespondiente a los decimales: 4 y 5, 3 y
6, 2 y 7, 1 y 8, 0 y 9.Analizar la tabla que se muestra al lado
derecho.Cada cifra es el complemento a 9 de la cifra simtrica en
todos sus dgitos.(los "1" se vuelven "0" y los "0" se vuelven
"1")Ejemplo: 3 (0011) y 6 (1100).Tomar en cuenta los nuevos "pesos"
en este cdigo.Elcdigo Aikenes muy til para realizar operaciones de
resta y divisin.Cdigo Exceso 3Elcdigo Exceso 3se obtiene sumando
"3" a cada combinacin del cdigo BCD natural. Ver la tabla inferior
a la derecha.Elcdigo exceso 3es un cdigo en donde la ponderacin no
existe (no hay "pesos" como en el cdigo BCD natural y cdigo
Aiken.Al igual que el cdigo Aiken cumple con la misma caracterstica
de simetra. Cada cifra es el complemento a 9 de la cifra simtrica
en todos sus dgitos.Ver la simetra en elcdigo exceso
3correspondiente a los decimales: 4 y 5, 3 y 6, 2 y 7, 1 y 8, 0 y
9Es un cdigo muy til en las operaciones de resta y divisin.
5. El algebra de Boole : Presentar los postulados y
teoremas.LGEBRA DE BOOLE.A mediados del siglo XIX, George Boole,
filsofo y matemtico se bas en el sistema binario de numeracin, es
decir, tomando como nicos elementos el cero y el uno lgico. Este
sistema establece una serie de propiedades, postulados y teoremas
respecto de la suma y el producto para operaciones con las
funciones lgicas. Con todo esto se consigue que la resolucin de
problemas con automatismos electrnicos sea mucho ms
sencilla.Propiedades.
Postulados.
Teoremas.
6. Funciones y circuitos lgicos bsicos. Tablas de verdad y
smbolos.FUNCIN INVERSORA.La salida es lo contrario de la entrada.
Es la negacin lgica.
FUNCIN AND.Responde a la funcin que da como resultado a su
salida el producto lgico, es decir, slo dar uno a su salida si
todas las entradas estn a uno tambin.
FUNCIN NAND.Esta funcin es la complementaria de la AND, de
manera que slo cuando todas las entradas valen uno la salida es
cero.
FUNCIN OR.Responde a la funcin que da como resultado a su salida
la suma lgica, es decir, dar uno a su salida siempre que alguna de
las entradas est a uno.
FUNCIN NOR.Es la funcin complementaria de la OR, de manera que
slo valdr uno la salida cuando todas las entradas estn a cero.
FUNCIN OR-EXCLUSIVA.Se dice que es una funcin generadora de
paridad par, ya que da a su salida uno cuando el nmero de unos en
sus entradas es impar.
FUNCIN NOR-EXCLUSIVA.Se dice que es una funcin generadora de
paridad impar, ya que da a su salida uno cuando el nmero de unos en
sus entradas es par.7. Habilitacion/inhabilitacin para el control
de datos.Cada una de las compuertas lgicas bsicas puede utilizarse
para controlar el paso de una seal lgica de entrada hacia la
salida. El nivel lgico en la entrada de control determinar se la
seal de entrada est habilitada para legar a la salida o
deshabilitada para que no pueda llegar a la salida.HabilitacinA . B
F0 1 00 1 01 1 11 1 1
A . B F0 1 10 1 11 1 01 1 0A + B F0 0 00 0 01 0 11 0 1F = AAB =
0F = AAB = 1
A + B F0 0 10 0 11 0 01 0 0F = AAB = 0F = AAB = 1
InhabilitacinA . B F0 0 00 0 01 0 01 0 0
A . B F0 0 10 0 11 0 11 0 1A + B F0 1 10 1 11 1 11 1 1F = 1AB =
1F = 0AB = 0
A + B F0 1 00 1 01 1 01 1 0F = 0AB = 1F = 1AB = 0
8. Mediante lgebra de Boole, Implementar tericamente utilizando
solo circuitos NAND un circuito que simule un: UNMSM FIEE
LABORATORIO CIRCUITOS DIGITALES I
inversor Compuerta OR de dos entradas Compuerta AND de dos
entradas Compuerta XOR de dos entradas Compuerta NOR de dos
entradas Compuerta NAND de tres entradas
La compuerta lgica NAND se dice que es una compuerta universal
porque cualquier sistema digital puede implementarse con ella.
Inversor
Compuerta AND de dos entradas
Compuerta OR de dos entradas
Compuerta XOR de dos entradas
Compuerta NOR de dos entradas
Compuerta NAND de tres entradas
C