Sistemas Digitales II

Repaso de sistemas Digitales

Sistemas combinacionales

• Las variables de salida dependen de los valores de las variables de entrada.

• − Codificadores.• − Decodificadores• − Multiplexores.• − Demultiplexores

Diseño de un circuito combinacional

• Se parte del planteamiento verbal del problema y termina con un diagrama lógico. El procedimiento es el siguiente:

1.Se establece el problema

2.Se asignan símbolos a las variables de entrada y salida.

3.Se extrae la tabla de verdad.

4.Se obtienen las funciones booleanas simplificadas.

5.Se traza el diagrama lógico

Definición codificador

• Un codificador es un circuito digital que tiene 2n líneas de entrada y n líneas de salida. Las líneas de salida generan un código binario correspondiente al valor de entrada en decimal.

Codificador• Ejemplo de codificador a binario natural,

con 2n variables de entrada y n salidas.

Tabla de verdad del codificador anterior (octal a binario)

Decodificador

• Es un circuito combinatorio que convierte información binaria de n líneas de entrada a un máximo de 2n líneas únicas de salida o menos.

Decodificador 3X8, con habilitación de salida

Tabla de verdad del deco anterior (binario octal)

Habilitador de salida

• Estos dispositivos normalmente cuentan con una entrada habilitadora. Cuando esta entrada vale 0, todas las salidas del codificador son 0. Cuando la entrada habilitadora vale 1, la salida correspondiente al mintérmino formado por la combinación presente en las entradas.

Ejercicio

• Diseñe un decodificador 3x8, con la siguiente tabla de la verdad

Multiplexor

Permiten dirigir la información digital procedente de diversas fuentes a una única línea de salida, dependiendo de la combinación binaria en las patillas de selección (S1, S0).

Multiplexor 4X1

Tabla de verdad mux anterior

ejercicio

• Diseñe un pequeño mux de 2X1, con la siguiente tabla de verdad:

Demultiplexores

• Dirigen la señal que hay en la entrada (E) a la salida (Di), seleccionada por la combinación que aparece en las patillas de selección (X,Y).

Sistemas secuenciales

• Las variables de salida dependen de los valores de las variables de entrada, en ese instante y de los valores internos de instantes anteriores.

• La mayor parte de los sistemas digitales modernos necesitan almacenar fenómenos anteriores, para tomar decisiones.

Elementos de memoria

• La célula elemental de estos sistemas, es el biestable o flip-flop.

• Un flip-flop es una celda binaria capaz de almacenar un bit de información. Tiene dos salidas, una para el valor normal y una para el valor complementario.

• La diferencia entre los diversos tipos de flip-flops está en el número de entradas que posean y la manera en la cual las entradas afectan el estado binario.

Diseño con flip flop´s

• Durante el diseño de un circuito secuencial, se debe conocer la transición requerida del estado presente al siguiente estado y para esto debemos conocer las condiciones de entrada que causen esa transición. Para esto se usan las tablas de excitación. Estas tablas especifican el estado siguiente cuando se conocen las entradas y el estado presente

Tablas de excitación

Flip-Flop SR

Q(t) Q(t+1) S R

0 0 0 x

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1 x 0

Flip-Flop D

Q(t) Q(t+1) D

0 0 0

0 1 1

1 0 0

1 1 1

Flip-Flop JK

Q(t) Q(t+1) J K

0 0 0 x

0 1 1 x

1 0 x 1

1 1 x 0

Flip-Flop T

Q(t) Q(t+1) T

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Circuitos secuenciales

• Un circuito secuencial es una interconexión de flip-flops y compuertas. Las compuertas por si mismas constituyen un circuito combinatorio, pero cuando se incluyen junto con los flips-flops, el circuito completo se clasifica como un circuito secuencial.

Bloques de un sistema secuencial

Circuitocombinatorio Flip-

Flops

Entradas

Reloj

Salidas

Tipos de sistemas secuenciales

• Asíncronos: los cambios se producen cuando están presentes las entradas. Nonecesitan señal de reloj para sincronizar los cambios

• Síncronos: los cambios de estados se producen cuando además de las entradasadecuadas se produce una transición de la señal de reloj que sirve parasincronizar el funcionamiento del sistema.

Sistema programado

• Este tipo de circuitos son, funcionalmente, idénticos a un sistema cableado, con la diferencia fundamental de que en un sistema programado, modificar su funcionamiento lógico se reduce a un simple cambio del programa (software) del circuito microprogramado, con la reducción de costos que ello supone. Realizar un cambio similar en un sistema cableado requiere un cambio parcial o completo de su estructura física

Desventajas sistema programado

• Las desventajas principales de este tipo de sistemas son:

• Velocidad

• Costo

Microcontrolador

• Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y unidades de E/S

Diagrama interno de un microcontrolador

Diagrama interno atención a periféricos

Muestreador

• Muestreo: el muestreo consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

Teorema muestreo Nyquist

• frecm > 2·B

Cuantificador

• Se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida.

• Inconveniente: ruido de cuantificación.

Codificación

• consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario, para ser interpretados por un ordenador.

Procesador y memoria

• El procesador es la parte encargada del procesamiento de las instrucciones, mientras que la memoria es donde se almacenan todas las instrucciones del programa de control, así como los datos que el programa va a estar variando continuamente.

Diferencias entre un microprocesador y un microcontrolador

• Un microcontrolador esun sistema completo, con unas prestaciones limitadas que no pueden modificarse y que puede llevar a cabo las tareas para las que ha sido programado de forma autónoma.

• Un microprocesador es un componente que conforma el microcontrolador, que lleva a cabo tareas programadas en memoria.

Basic Stamp

• El BS constituye un módulo hardware que contiene toda la electrónica que rodea al microcontrolador. Es prácticamente un hardware semi-acabado al que sólo hay que conectar los dispositivos o sensores que lo harán trabajar con el mundo exterior, suministrarle la alimentación necesaria y programarlo, sin necesidad de circuitos auxiliares.

PIC Basic stamp

• El Basic stamp de la universidad utiliza un PIC16C57.

• 2k memoria ROM

• 72 bytes RAM

Programación Basic

• Variables

• Consistente en una caja en la que podemos guardar algo. Esa caja es una de las muchas que disponemos, y tiene en su frente pegada una etiqueta con su nombre.

En esta analogía, cada caja es una variable, su contenido es el valor que adopta, y la etiqueta es el nombre de la variable. Como su nombre lo indicael contenido de una variable puede ser modificado a lo largo del programa.

Tipos de variables (longitud)

• Bit (almacena 0 o 1 únicamente)

• Byte (un byte de longitud, almacena números enteros entre 0 y 255)

• Word (dos bytes de longitud, almacena números enteros entre 0 y 65,535)