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Captulo 1 IntroduccinLa tecnologa Digital se ha vuelto muy til en casi todas las reas de nuestras vidas. Ejemplos:

ComputadorasSistemas de Manufactura Ciencias MdicasTransporteEntretenimientoTelecomunicaciones

Aqu se introducen los conceptos digitales bsicos y la terminologa general.

Ronald Tocci/Neal Widmer/Gregory MossDigital Systems: Principles and Applications, 10e

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1-1 Representaciones NumricasLos Sistemas Fsicos utilizan cantidades que se manipulan en forma aritmtica.Las cantidades pueden ser representadas numricamente en forma anloga o digital.




1-1 Representaciones NumricasRepresentacin Analgica

Una cantidad se representa mediante un indicador proporcional que vara en forma continua.




Ejemplos de representacin analgica:Sonido a travs del micrfono, causa cambios de voltaje.Velocmetro de los Automviles, que cambian con la velocidad.Termmetro de mercurio, varia sobre un rango de valores con la temperatura.

1-1 Representaciones NumricasRepresentacin Digital

Varia en incrementos discretos (separados).Ejemplos de representacin digital :




El paso del tiempo, se muestra como un cambio en el visualizador (display) de un reloj digital, a intervalos de uno por minuto (o por segundo).Un cambio en temperatura, se muestra en un visualizador digital, solo cuando la temperatura cambia al menos un grado.

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1-2 Sistemas Digitales y Analgicos

Sistema DigitalEs la combinacin de dispositivos para manipular valores representados en forma digital.




Sistema AnalgicoEs la combinacin de dispositivos que manipulan cantidades fsicas que se representan en forma analgica.


Ventajas de las tcnicas digitalesSistemas fciles de disearEs fcil almacenar informacin.Es fcil mantener la precisin y exactitud en todo el sistema.La operacin es programable.Son ms resistentes al ruido.Fcil fabricacin de circuitos digitales en chips CI




limitaciones de las tcnicas digitales :El mundo real es analgico.La naturaleza anloga del mundo, requiere un proceso de conversin que toma tiempo:





Para procesar entradas y salidas analgicas se deben seguir cuatro pasos

1. Convertir la variable fsica a una seal elctrica (anloga).2. Convertir la seal anloga a forma digital.3. Procesar (operar con) la informacin digital4. Convertir la salida digital de vuelta a la forma analgica del mundo

real.Diagrama de Bloques de un sistema digital de precisin para control de temperatura

EjemploUn usuario oprime botones para aumentar o reducir la temperatura en incrementos de 0.1

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Diagrama de bloques de un sistema de control de temperatura tpico.




1-2 Sistemas Digitales y AnalgicosEl CD de audio es un tpico sistema hibrido (combinacin).




Sonido Analgico es convertido en un voltaje analgico.El voltaje analgico es cambiado a formato digital a travs de un ADC.La informacin Digital es almacenada en el CD .Al reproducir, el reproductor de CD toma la informacin digital y la convierte en seal analgica con un DAC.El voltaje analgico es amplificado y alimentado a una bocina que produce el sonido original analgico.

Figura 1-2 Un sistema de levitacin magntica suspendiendo: (a) a globo terrqueo con una placa de acero incrustada, y (b) un martillo.

Hay situaciones en las que es ms sencillo o econmico utilizar tcnicas analgicas. Por ejemplo, el sistema de control de abajo.

Los avances en la tecnologa digital durante las ltimas tres dcadas han sido fenomenales.





en el dominio digital contina siendo enorme, probablemente se vern desarrollos futuros en el mercado muy pronto.Este curso introduce las herramientas y conceptos que los preparan para trabajar con sistemas digital.

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1-3 Sistemas de Numeracin Digital

En la tecnologa digital se requiere, el conocimiento de muchos sistemas de numeracin. Los ms comunes son los sistemas decimal, binario, octal y hexadecimal.




Los sistemas numricos difieren en la cantidad de smbolos que utilizan

Decimal 10 smbolos (base 10)Hexadecimal 16 smbolos (base 16)Octal 8 smbolos (base 8)Binario 2 smbolos (base 2)





El sistema Decimal (base 10)10 smbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8, 9Cada nmero es un dgito (se deriva de la palabra dedo del Latn)Dgito ms significativo (MSD) y dgito menos significativo (LSD)El valor Posicional puede expresarse como, el digito multiplicado por una potencia de 10




1-3 Sistemas de Numeracin DigitalConteo Decimal





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El Sistema Binario (base 2)2 smbolos: 0,1Se presta para el diseo de circuitos electrnicos ya que, solo se requieren dos niveles diferentes de voltaje.



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Otros sistemas numricos son utilizados para representar cantidades binarias. El valor Posicional se expresa como un dgito multiplicado por una potencia de 2.

Conteo Binario





Pesos Equivalente Decimal

1-4 Representando Cantidades Binarias

Interruptores (switches) abiertos y cerradosCinta de Papel




Otros dispositivos de dos estados:Bombillo (off o on)Diodo (conduce o no conduce)Rel (energizado o no energizado)Transistor (corte o saturacin)Fotocelda (iluminada u oscura)





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El nivel de voltaje exacto, no es importante en sistemas digitales.Un voltaje de 3.6 V significa lo mismo que (1 binario) que un voltaje de 4.3 V.





Seales Digitales y Diagramas de TiempoDiagramas de tiempo muestran voltaje versus tiempo.La escala horizontal representa intervalos regulares de tiempo iniciando en cero.Diagramas de tiempo son utilizados para mostrar, como las seales digitales cambian con respecto al tiempo. Diagramas de tiempo son usados para comparar dos o mas seales digitales.El osciloscopio y el analizador lgico son usados para producir diagramas de tiempo.





1-5 Circuitos Digitales /Circuitos Lgicos

Circuitos Digitales - producen y responden a rangos predefinidos de voltaje.




Circuitos Lgicos usado indistintamente con el trmino, circuito digital.Circuito Integrado Digital (ICs) permite operaciones lgicas, en un empaque pequeo y confiable.

1-6 Transmisin en Paralelo y en Serie

Transmisin Paralela todos los bits en un nmero binario son transmitidos simultneamente. Una lnea separada es requerida para cada bit.Transmisin Serial cada bit en un nmero binario es transmitido sobre un intervalo de tiempo.




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La trasmisin en Paralelo es ms rpida pero requiere ms rutas.Serial es mas lenta, pero requiere una ruta nica.Ambos mtodos tiene aplicaciones tiles, las cuales se vern en prximos captulos.




1-6 Transmisin en Paralelo y en SerieFigura 1-10 (a) Transmisin Paralela usa una lnea de conexin por bit, y todos los bits son transmitidos simultneamente; (b) Transmisin serial utiliza slo una lnea de seal, y los bits individuales son transmitidos serialmente (uno a la vez).

1-7 MemoriaUn circuito que retiene una respuesta a una entrada momentnea, se llama memoria.




La memoria es importante porque permite almacenar nmeros binarios temporal o permanentemente.Los tipos de memoria incluyen:

MagnticopticasCircuitos Electrnicos de cerrojo

Figura 1-11 Comparacin entre la operacin sin memoria y con memoria.

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1-8 Computadoras Digitales

Computadora un sistema de hardware que ejecuta operaciones aritmticas, manipula datos (usualmente en forma binaria), y toma decisiones.




Computadoras ejecutan operaciones basadas en instrucciones en la forma de un programa, a alta velocidad y con un alto grado de exactitud.

Componentes principales de una computadoraUnidad de entrada procesa instrucciones y datos dentro de la memoria.Unidad de memoria almacena datos e instrucciones.Unidad de Control interpreta instrucciones y enva seales apropiadas a otras unidades de acuerdo a la instruccin.Unidad Aritmtica Lgica ejecuta clculos aritmticos y decisiones lgicas.Unidad de salida presenta informacin de la memoria al operador o proceso.Las unidades de control y aritmtica lgica son usualmente tratadas como una y denominada la unidad central de procesamiento (CPU)





Figura 1-12 Diagrama Funcional de una computadora digital.

Tipos de computadorasMicrocomputadora

Ms comn (desktop PCs)Ha llegado as ser bastante poderosas

Minicomputadora (estacin de trabajo)Mainframe (es una computadora grande, potente y costosa)Microcontrolador

Diseada para una aplicacin especficaDedicada o controlador implantado que ayuda a monitorearUtilizada en electrodomsticos, procesos de manufactura, sistemas de ignicin de automviles, frenos antibloqueos ABS, y muchas otras aplicaciones.





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