principios electricos y aplicaciones digitales
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INSTITUTO TECNOLOGICO
SUPERIOR DE ARANDAS
PRINCIPIOS ELECTICOS Y
APLICACIONES DIGITALES
PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS
MAESTRA: GIOVANNA BERENICE TORRES HUERTA
JESSICA ALONDRA ARRIAGA MEDRANO
ARANDAS, JALISCO
17/JUNIO/2015
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1
Contenido
INTODUCCIN ............................................................. 6
OBJETIVO DE LA MATERIA ............................................ 8
UNIDAD 1 ELECTRNICA ANALOGICA ............................. 8
OBJETIVO ................................................................... 8
CRITEROS DE EVALUACIN .......................................... 8
CORRIENTE ANALGICA ............................................... 9
QU ES LA CORRIENTE DIRECTA? ................................. 9
CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA ................................................................................................................... 9
EJEMPLOS ........................................................................................................................................................................ 9
QU ES LA CORRIENTE ALTERNA? ................................ 9
CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA ................................................................................................................ 10
EJEMPLOS ...................................................................................................................................................................... 10
CUADRO DOBLE ENTRADA ........................................... 11
DISPOSITIVOS PASIVOS .............................................. 12
CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 12
TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC ................................................................................................................. 12
APLICACIONES ................................................................................................................................................................... 12
EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 12
DISPOSITIVOS ACTIVOS .............................................. 13
EJEMPLOS .......................................................................................................................................................................... 13
CARACTERSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES ............. 14
ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO .................................................................................................................................. 14
ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO ........................................................................................................................ 14
MATERIALES TIPO N Y TIPO P ............................................................................................................................................ 14
EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 16
MAPAS MENTALES ............................................................................................................................................................ 30
PRACTICA 1 VALOR DE RESISTENCIAS ...................... 33
UNIDAD 2 ELECTRNICA DIGITAL ................................ 35
COMPETENCIAS DE LA UNIDAD .................................... 35
CRITERIOS DE EVALUACIN ........................................ 35
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2
QUE ES LA ELECTRNICA DGITAL? ............................ 36
QUE ES UNA TABLA DE VDD? ...................................... 36
QU ES UNA COMPUERTA LGICA? ............................. 36
COMPUERTAS LGICAS ............................................... 36
OR ...................................................................................................................................................................................... 36
AND ................................................................................................................................................................................... 36
NOT ................................................................................................................................................................................... 36
NOR ................................................................................................................................................................................... 37
NAND ................................................................................................................................................................................. 37
XOR .................................................................................................................................................................................... 37
QU ES UNA EXPRESIN BOOLEANA? .......................... 37
COMPUERTAS................................................................................................................................................................ 38
CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS ...................................................................................................................... 38
CIRCUITO 1 .................................................................................................................................................................... 38
CIRCUITO 2 .................................................................................................................................................................... 38
CIRCUITO 3 .................................................................................................................................................................... 39
CIRCUITO 4 .................................................................................................................................................................... 39
CIRCUITO 5 .................................................................................................................................................................... 39
DISEO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES ................... 40
METODOLOGA DE DISEO ............................................................................................................................................... 40
MINI TRMINOS Y MAXI TRMINOS .............................. 40
MINI TRMINOS ................................................................................................................................................................ 40
MAXI TRMINOS ............................................................................................................................................................... 41
Ejemplos ........................................................................................................................................................................ 41
TCNICAS DE SIMPLIFICACIN .................................... 41
CMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIN DE CIRCUITOS DIGITALES? ...................................................................... 41
TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE ....... 41
MAPAS DE KARNAUGH ............................................... 43
TIPO DE DOS VARIABLES ................................................................................................................................................... 43
DE TRES VARIABLES ........................................................................................................................................................... 43
DE CINCO VARIABLES ........................................................................................................................................................ 43
MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS) ................................................................................................................................ 44
EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 44
EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 44
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3
EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 44
EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 45
UTILIZACIN DE ELEMENTOS LGICOS BSICOS ............. 45
PRACTICA 2 .............................................................. 45
OBJETIVOS DE LA PRCTICA .............................................................................................................................................. 45
EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 45
EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 46
EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 46
EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 47
EJEMPLO 5 ..................................................................................................................................................................... 47
EJEMPLO 6 ..................................................................................................................................................................... 48
EJEMPLO 7 ..................................................................................................................................................................... 48
EJEMPLO 8 ..................................................................................................................................................................... 50
EJEMPLO 9 ..................................................................................................................................................................... 50
EJEMPLO 10 ................................................................................................................................................................... 51
EJEMPLO 11 ................................................................................................................................................................... 51
FAMILIAS LOGICAS .................................................... 52
FAMILIA TTL Y ECL ............................................................................................................................................................. 52
FAMILIA MOS .................................................................................................................................................................... 56
FAMILIA CMOS .................................................................................................................................................................. 56
BAJO VOLTAJE ................................................................................................................................................................... 56
FLIP-FLOP RS ...................................................................................................................................................................... 57
PRCTICA .......................................................................................................................................................................... 57
EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 57
FLIP FLOP D ....................................................................................................................................................................... 57
EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 57
EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 57
UNIDAD 3 CONVERTIDORES ........................................ 58
COMPETENCIA DE LA UNIDAD ...................................... 58
CRITERIOS DE EVALUACIN ........................................ 58
CONVERTIDORES ....................................................... 58
EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 59
MAPA DIGITAL/ANALGICO ......................................... 79
MAPA CONCEPTUAL ANALGICO/DIGITAL ...................... 80
-
4
UTILIZACIN DEL DISPARADOR SCHMITT ..................... 81
OBJETIVO ........................................................................................................................................................................... 81
DESCRIPCIN ..................................................................................................................................................................... 81
DISPARADOR SCHMITT ..................................................................................................................................................... 81
HISTRESIS ............................................................. 81
REBOTES DE UN PULSADOR ........................................ 82
PRACTICA 3 .............................................................. 83
EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 83
CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR ..................................................................................................................... 83
EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 83
PROYECTO DE ARDUINO ................................................................................................................................................... 84
MATERIAL .......................................................................................................................................................................... 84
DESCRIPCION ..................................................................................................................................................................... 84
UNIDAD 4 LENGUAJES HDL ......................................... 85
COMPETENCIAS DE LA UNIDAD ........................................................................................................................................ 85
CRITERIOS DE EVALUACIN .............................................................................................................................................. 85
DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES ...................... 86
TIPOS ................................................................................................................................................................................. 86
CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 86
FABRICANTES .................................................................................................................................................................... 86
PASOS PARA EL DISEO CON PLDS .................................................................................................................................. 86
Para qu sirven los HDLS? .................................. 86
POR CAPTURA ESQUEMATICA .......................................................................................................................................... 87
POR TABLAS DE VERDAD ................................................................................................................................................... 87
POR ECUACIONES BOOLEANAS ......................................................................................................................................... 87
POR COMPORTAMIENTO .................................................................................................................................................. 87
MAPA CONCEPTUAL .......................................................................................................................................................... 88
CIRCUITOS SECUENCIALES CON HDL ............................ 88
MQUINA DE MORE ......................................................................................................................................................... 88
MQUINA DE MEALY .................................................................................................................................................... 88
DESCRIPCIN VERBAL ....................................................................................................................................................... 89
EXPRESIN BOOLEANA ..................................................................................................................................................... 89
DIAGRAMA ESQUEMTICA ............................................................................................................................................... 89
ECUACIN BOOLEANA ...................................................................................................................................................... 89
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5
DIAGRAMA DE ESTADOS ................................................................................................................................................... 89
TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE ......................................................................................................................................... 89
CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIN DE COMPORTAMIENTO ................................................................... 90
EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 91
CIRCUITOS COMBINACIONALES HDL ............................. 92
EJEMPLO:....................................................................................................................................................................... 92
Circuitos secuenciales HDL ................................... 92
DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES ...................... 93
QU ES UN PLD? .............................................................................................................................................................. 93
EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLDS? ................................................................................................. 93
EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 93
ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLDS .............................................................................................................................. 94
VENTAJAS DE LOS PLDS .................................................................................................................................................... 94
PROCEDIMIENTO DE DISEO CON DISPOSITIVOS LOGICOS ............................................................................................. 94
PROGRAMABLES. .............................................................................................................................................................. 94
PROGRAMACION DE LOS PLDS ........................................................................................................................................ 95
PROGRAMACIN POR ZIF ............................................................................................................................................. 95
PROGRAMACIN EN SISTEMA ...................................................................................................................................... 96
DESVENTAJAS DE LOS PLD ................................................................................................................................................ 96
REPORTE DE LA PRACTICA DE GALILEO ........................ 96
INTRODUCCIN ................................................................................................................................................................. 96
QU ES EL GALILEO? ........................................................................................................................................................ 96
PARTES DEL GALILEO ......................................................................................................................................................... 97
PRACTICA 1 LED DEL GALILEO ........................................................................................................................................ 97
PRACTICA 2 SERVO Y POTENCIOMETRO ........................................................................................................................ 98
PRACTICA 3 TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ ............................................................................................................. 99
CONCLUSION ................................................................................................................................................................... 100
CONCLUSION FINAL .................................................. 101
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6
INTODUCCIN En este documento veremos las actividades que realizamos en el transcurso del
semestre, en la materia de Principios Elctricos y Aplicaciones Digitales.
Esta materia que es Principios Elctricos y Aplicaciones Digitales de suma importancia
ya que en esta materia veremos cul es el principal objetivo de esta materia, sus
componentes que tiene y las distintas aplicaciones que podemos darle en nuestra vida
diaria.
En la primera unidad veremos lo que es la electronica analogica, las funciones que
tiene y las funciones que se realizan en cada una. tambin veremos los conceptos
basicos y mas importantes que la componen, sus diferentes aplicaciones que
podemos encontrar.
Los tipos de energia que existen dentro de la electronica analogiaca, sus funciones,
sus caracteristicas y su representacion grafica.
Veremos lo que son los dispositivos activos y pasivos y las caracteristicas que hacen
que sean diferentes, y los diferentes objetos en los que podriamos identificar a que
tipo de dispositivo pertenecen.
En la segunda unidad veremos lo que es la electrnica digital, cules son sus
caractersticas y las funciones que tienen. Estudiaremos varios de los elementos que
la conforman, y sus funcionalidades.
Veremos lo que son las compuertas lgicas, las caractersticas que tienen, como se
representan grficamente y como son sus tablas de verdad, y cmo podramos
utilizarla en distintos casos. Otra de las cosas que veremos es lo que son las familias
lgicas y las funciones en las que podemos encontrar, como se aplican en la vida
diaria.
En la unidad 3 veremos lo que son los Convertidores. Nos daremos cuenta cmo es
que funciona un convertidor, sus caractersticas y las funciones que realizan. Tambin
veremos cmo es que un convertidor nos puede ayudar a convertir una seal
analgica a digital, y de digital ha analgica.
Veremos tambin lo que son los pulsadores y la funcin q realizan dentro de un
circuito, lo que es la histresis y sus reacciones en los circuitos, y como funciona un
disparador Schmitt.
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7
En la unidad 4 veremos lo que son los Lenguajes de programacin HDL, las
caracterstica que tienen, sus ventajas y desventajas que tiene al aplicarlos. Veremos
lo que son los circuitos combinacionales programados con lenguaje HDL. Y vemos los
elementos que lo conforman, y las funciones que tiene cada elemento. Tambin
veremos lo que son los circuitos combinacionales secuenciales, sus caractersticas y
las funciones como las podemos realizar.
Realizaremos prcticas con el galileo y podremos ver sus caractersticas, y la forma
correcta en la que debemos utilizar un galileo para no descomponerlo, y poder obtener
el resultado deseado.
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8
OBJETIVO DE LA MATERIA
Desarrollar aplicaciones digitales que coadyuven a la solucin de problemas
computacionales.
Desarrollar habilidades para el diseo de circuitos digitales.
Manejar instrumentos de medicin implementando circuitos.
UNIDAD 1 ELECTRNICA ANALOGICA
OBJETIVO
Manejar instrumentos y equipos de mediciones elctricas y electrnicas.
Analizar teoras y solucionar problemas que engloben escenarios de circuitos
elctricos en base en leyes y teoremas.
CRITEROS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos
Examen 60%
Tareas 40%
b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase
Examen 50%
Investigacin 50%
c) Hace aportaciones a las actividades acadmicas desarrolladas
Examen 50%
Investigacin 50%
d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje
Examen 50%
Prcticas 50%
e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crtico
Examen 60%
Prctica 40%
f) Realiza su trabajo de forma autnoma y autorregulada
Portafolio 80%
Investigacin 20%
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9
CORRIENTE ANALGICA Es la parte de la electrnica que estudia los circuitos, el manejo de componentes, los
conductores, los semiconductores y los aparatos de medida en general. Estudia la
tensin (voltios), la corriente (amperios) respecto al tiempo.
QU ES LA CORRIENTE DIRECTA? Es el flujo de corriente que se dirige en una sola direccin. A este tipo de corriente
elctrica se le conoce como corriente elctrica continua. Esta corriente elctrica es
utilizada para la polarizacin de diferentes dispositivos como resistencias, transistores,
vlvulas al vaci, y as para el correcto funcionamiento de un aparato electrnico; la
corriente directa es creada por reacciones qumicas, por accin de la luz por o por
induccin elctrica.
CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA
Tienen un flujo que se nueve en una sola direccin y son constantes en el
tiempo.
Su aspecto es el de una lnea recta que no vara.
Se produce a partir, fuentes de energa, las bateras y generadores de corriente
continua.
La CC tiene un flujo continuo de energa que se mueve en una sola direccin y
son constantes en el tiempo.
Los dispositivos fotovoltaicos como las clulas solares tambin generan energa.
EJEMPLOS
Automviles
Leds
Locomotoras de ferrocarriles
Telfonos de base
Juguetes en general
QU ES LA CORRIENTE ALTERNA? Es la corriente elctrica que presenta una variacin cclica en su magnitud y en su
sentido, la forma ms utilizada de oscilacin para sinusoidal, debido a que se obtiene
una forma de transmisin de energa elctrica ms efectiva.
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10
CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA
La caracterstica principal de una corriente alterna que durante un instante de tiempo
un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las
polaridades se invierten tantas veces como los ciclos por segundo o Hertz posea esa
corriente. No obstante aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la
corriente siempre fluir del polo negativo al positivo.
El ciclo: es la variacin completa de la tensin o la corriente de cero a un valor
mximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor mximo negativo y
finalmente a cero.
Frecuencia: es el nmero de ciclos que se producen en un segundo. Su utilidad
es el Hertz (Hz) que equivale a un ciclo por segundo, se representa con la letra f.
Periodo: tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se
representa con la letra P.
Frecuencia y periodo son valores inversos
T=1/f f=1/T
Circuito elctrico: camino que recorre una corriente elctrica, el movimiento de
cargas elctricas (electrones). Este recorrido se inicia en una de las terminales
de una pila, pasa a travs de un conductor elctrico (cable de cobre), llega a una
resistencia (foco), que continua despus por el conducto, llega a un interruptor y
regresa a la terminal de la pila.
EJEMPLOS
Timbres
Vibradores
Electromagnticos
Alumbrado pblico
Transformadores de tensin
Motores
Licuadoras
Estufas
Neveras
Lavadoras
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11
CUADRO DOBLE ENTRADA CARACTERISTICAS APLICACIONES
CORRIENTE DIRECTA
Se mueve en una sola direccin.
Tienen un flujo que se nueve en una sola direccin y son constantes en el tiempo.
Su aspecto es el de una lnea recta que no vara.
Se produce a partir, fuentes de energa, las bateras y generadores de corriente continua.
La CC tiene un flujo continuo de energa que se mueve en una sola direccin y son constantes en el tiempo.
Los dispositivos fotovoltaicos como las clulas solares tambin generan energa.
COMO SE GENERA A partir de una fuente de energa, las bateras, fuentes de alimentacin y generadores de electricidad.
Automviles
Leds
Locomotoras de ferrocarriles
Telfonos de base
Juguetes en general
CORRIENTE ALTERNA
Representa una variacin cclica en su magnitud y su sentido.
Se obtiene una forma de transmisin de energa ms efectiva.
COMO SE GENERA A partir de un flujo continuo de electrones, siempre en el mismo sentido.
Timbres
Vibradores
Electromagnticos
Alumbrado pblico
Transformadores de tensin
Motores
Licuadoras
Estufas
Neveras
Lavadoras
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DISPOSITIVOS PASIVOS Son aquellos que no necesitan una fuente de energa para su correcto
funcionamiento. No tiene la capacidad de controlar la corriente en un circuito.
CARACTERISTICAS
Los componentes pasivos se dividen en:
COMPONENTES FUNCIONES MAS COMUNES
Condensador Almacenamiento de energa filtrada, adaptacin de impedancia.
Inductor o Bobina Almacenar o atenuar el cambio de energa debido a su poder de autoinduccin.
Resistor o Resistencia
Divisin de intensidad o tensin, limitacin de intensidad.
Componentes electromecnicos
A este grupo pertenecen los interruptores, fusibles y conectores.
TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC
RCL: es aquel que contiene como componentes una resistencia, un condensador y un
inductor conectados en serie:
C: Condensador
L: Bobina
R: Resistencia
APLICACIONES
Transistores y reportes Micrfono Osciladores Sintonizadores de radio Inversores CA-CD
EJEMPLO
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13
DISPOSITIVOS ACTIVOS Dispositivo electrnico que distribuye banda ancha a determinada cantidad de equipos
(computadores) de una red (switch, router). Son los equipos que se encargan de
distribuir en forma activa la informacin a travs de la red, como concentradores,
redes inalmbricas, switches, etc.
EJEMPLOS
HUB: tambin conocido como concentrador. Cuando se transmiten seales
elctricas por un cable, se produce una degeneracin proporcional a la longitud
del cable, lo que se denomina Atenuacin. Un HUB es un simple dispositivo que
se aade para reforzar la seal del cable y para servir de bus o anillo activo.
Bridge (puente): el puente es un dispositivo que interconecta las redes y
proporciona un camino de comunicacin entre dos o ms segmentos de red o
subredes. Permite extender el dominio de broadcast, pero limitndole dominio de
colisin. Algunas razones para utilizar un puente son las siguientes:
Ampliar la extensin de la red o el nmero de nodos que la construyen. Reducir el cuello de botella del trfico causado por un nmero excesivo de
nodos nidos.
Unir redes distintas y enviar paquetes entre ellas, asume que ejecuta el mismo protocolo de red.
Enrutador o router: el enrutador, direccionador, ruteador o encaminador es un
dispositivo de hardware, para interconexin de red de ordenadores que opera en
la capa 3 (nivel de red). Permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre
redes o determina la mejor ruta que debe tomar el paquete de datos.
Gateway (compuerta pasarela): consiste en una computadora o en otro
dispositivo que acta como traductor entre dos sistemas que no utilizan los
mismos protocolos de comunicaciones, formatos de estructura de datos,
lenguajes y/o arquitecturas.
Switch: es un dispositivo digital de lgica de interconexin de redes en las
computadoras que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo
OSI. Su funcin es interconectar dos o ms segmentos de red, de manera
similar a los puentes, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la
direccin MAC de destino de las tramas de red.
Tarjeta de red: es el dispositivo que nos permite conectar la estacin (ordenador
u otro equipo de red) con el medio fsico de transmisin (cable). Puede disponer
de varios tipos de conectores. Los ms habituales son: el tipo BNC y el RJ-45,
para conectar con cableado tipo coaxial o UTP respectivamente.
-
14
CARACTERSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES Son elementos como el germanio y el silicio que a bajas
temperaturas son aislantes, si aumenta su temperatura comienzan
a agregar impurezas y resulta posible su conduccin.
Su importancia en la electrnica es inmensa por su fabricacin de
transistores, circuitos integrados, etc.
ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO
El tomo del silicio presenta un enlace covalente esto quiere decir que cada tomo
sta unido a cuatro tomos y comparten sus electrones de valencia.
ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO
Se utiliza como material semiconductores
normalmente se utiliza junto al silicio en los
circuitos de alta velocidad para mejorar su
rendimiento.
MATERIALES TIPO N Y TIPO P
Un semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado
aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para aumentar el nmero
de portadores de carga libre (negativo o electrones).
Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado,
aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el
nmero de portadores libres (positivos o huecos).
Dopado: es el proceso intencional de agregar impurezas en
un semiconductor puro con el fin de cambiar sus
propiedades elctricas.
Amplificadores operacionales: son circuitos integrados con un nivel de
componentes y estructura interna complicada. La alimentacin del circuito se
realiza por medio de dos fuentes de alimentacin simtrica. El terminal de
referencia de tensiones debe de realizarse a travs de elementos externos, tales
como resistencias.
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15
Configuraciones
Seguidor unitario
Es aquel circuito que se proporciona a la salida la misma tensin que la
entrada.
Comparador Es un circuito electrnico ya sea analgico o digital capaz de
comparar dos seales de entrada y variar la salida en funcin de cual es
mayor.
Multiplicador Son redes de diodos y condensadores que a partir de una
tension continua muy alta.
Sumador Es un circuito logico que calcula la operacin suma, se encuetra
en la ALU.
Restador Usa ambas entradas invertidas y la ganacia es invertida.
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Integrador Integra o incoorpora diferentes caracteriscas o elementos
poniendolos al mismo nivel de
manera que forma parte de un
todo.
EXPOSICIONES
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equipo-1-agvpus54efff57
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MAPAS MENTALES
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PRACTICA 1 VALOR DE RESISTENCIAS
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UNIDAD 2 ELECTRNICA DIGITAL
COMPETENCIAS DE LA UNIDAD
Utilizar con precisin la terminologa y simbologa de circuitos digitales.
Analizar problemas tericos implementando la solucin con circuitos
digitales.
Aplicar mtodos de simplificacin de funciones.
CRITERIOS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos
Examen 60%
Tareas 40%
b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase
Examen 50%
Investigacin 50%
c) Hace aportaciones a las actividades acadmicas desarrolladas
Examen 50%
Investigacin 50%
d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje
Examen 50%
Prcticas 50%
e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crtico
Examen 60%
Prctica 40%
f) Realiza su trabajo de forma autnoma y autorregulada
Portafolio 80%
Investigacin 20%
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36
QUE ES LA ELECTRNICA DGITAL? Se trata de valores de corrientes y tenciones electrnicas que se solo pueden poseer
dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensin pero cuando
hay siempre es la misma y cuando no hay siempre es de valor 0.
QUE ES UNA TABLA DE VDD? Representa de forma ordenada todos los valores posibles de entrada y la salida que
se obtiene para cada una de ellas.
QU ES UNA COMPUERTA LGICA? Es un dispositivo electrnico que es la expresin fsica de un operador booleano en la
lgica de computacin. Cada compuerta lgica consiste en una red de dispositivos
interruptores que cumplen las condiciones booleanas para el operador particular, son
esencialmente circuitos de comunicacin integrados en un chip.
COMPUERTAS LGICAS
OR
La compuerta OR produce la funcin sumadora, esto es, la salida
es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra
manera, la salida es 0. Las compuertas OR pueden tener ms de
dos entradas y por definicin la salida es 1 si cualquier entrada es
1.
AND
Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y
una salida binaria designada por x.
La compuerta AND produce la multiplicacin lgica AND: esto es: la
salida es 1 si la entrada A y la entrada B estn ambas en el binario 1: de
otra manera, la salida es 0.
NOT
Es un inversor que invierte el nivel lgico de una seal binaria.
Produce el NOT, o funcin complementaria. El smbolo
algebraico utilizado para el complemento es una barra sobra el
smbolo de la variable binaria.
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37
NOR
La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y
utiliza el smbolo de la compuerta OR seguido de un crculo
pequeo (quiere decir que invierte la seal). Las compuertas NOR
pueden tener ms de dos entradas, y la salida es siempre el
complemento de la funcin OR.
NAND
Es el complemento de la funcin AND, como se indica por el smbolo
grfico, que consiste en una compuerta AND seguida por un
pequeo crculo (quiere decir que invierte la seal).
La designacin NAND se deriva de la abreviacin NOT - AND. Una
designacin ms adecuada habra sido AND invertido puesto que es
la funcin AND la que se ha invertido.
Las compuertas NAND pueden tener ms de dos entradas, y la
salida es siempre el complemento de la funcin AND.
XOR
Esta compuerta XOR (or-exclusiva) se comporta de una
manera especial. Su caracterstica especial es que el
resultado de salida ser 1 si las dos entradas son
distintas, sean 0-1 1-0.
QU ES UNA EXPRESIN BOOLEANA? Una expresin booleana es una expresin algebraica que da lugar a uno de dos
posibles valores, 1 ("verdadero") o 0 ("falso"), conocidos como valores booleanos. La
lgica booleana forma la base de los clculos binarios modernos, o en base dos, de
los sistemas informticos. Puedes utilizar un sistema de expresiones booleanas para
representar cualquier circuito electrnico de computadora.
Tabla de verdad X-
OR
A B X
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
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38
COMPUERTAS
AND NOT
OR
CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS
CIRCUITO 1
CIRCUITO 2
-
39
CIRCUITO 3
CIRCUITO 4
CIRCUITO 5
-
40
DISEO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES Son aquellos que no tienen en cuenta la variable del tiempo, estn formadas por
combinaciones de puertas lgicas.
METODOLOGA DE DISEO
Definicin de la funcin y especificacin de las entradas y salidas.
Obtener la tabla de verdad de la funcin a generar en la que intervienen
solamente las especificaciones que podramos llamar lgicas.
A partir de la tabla procede a la simplificacin de la funcin lgica.
MINI TRMINOS Y MAXI TRMINOS
MINI TRMINOS
Son productos normalizados. Forma cannica de productos o suma normalizada de
productos. Todas las combinaciones de variable de entrada que generan una salida
1 para la funcin.
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41
MAXI TRMINOS
Una funcin booleana puede representarse, como producto de sumas. Los trminos
de suma normalizados se denominan (maxterms), combinacin de variables de
entrada que generan una salida U para la funcin.
Ejemplos
Mini trminos F(a,b,c)=(0,1,2,4,5,6,7)
Maxi trminos F(a,b,c)=(3)
TCNICAS DE SIMPLIFICACIN En las matemticas con nmeros reales estamos muy acostumbrados a simplificar. De
hecho es lo que nos han enseado desde pequeos. Si una determinada expresin la
podemos simplificar. Y antes de implementarlos, es decir, antes de convertir las
ecuaciones a componentes electrnicos (puertas lgicas) tenemos que simplificar al
mximo. Una de las misiones de los ingenieros es disear, y otra muy importante es
optimizar. No basta con realizar un circuito, sino que hay que hacerlo con el menor
nmero posible de componentes electrnicos. Y esto es lo que conseguimos si
trabajamos con funciones simplificadas.
CMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIN DE CIRCUITOS DIGITALES?
1. Utilizando las propiedades y teoremas del lgebra de Boole. Se denomina mtodo analtico de simplificacin de funciones. Hay que manejar muy bien estas propiedades para poder eliminar la mayor cantidad de trminos y variables.
2. Utilizando el mtodo de Karnaugh. Es un mtodo grfico que, si lo aplicamos bien, nos garantiza que obtendremos la funcin ms simplificada posible. En este curso analizaremos este curso.
TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE Postulado 1: Definicin
En un sistema algebraico definido en un conjunto B, que contiene 2 o ms elementos donde pueden darse solo 2 operaciones, la suma u operacin "OR" y la multiplicacin o multiplicacin "AND"
Postulado 2: Identidad (existencia de neutros)
En B, el elemento neutro de la suma determinada "0" y en la multiplicacin "!" donde X en B: a)n+0=X------------ b)X1=X
Postulado 3: Conmutatividad
Para cada X,Y,Z en B: a)X+Y=Y+X-----b)XY=YX
A B C X
1 0 0 0 1
2 0 0 1 1
3 0 1 0 1
4 0 1 1 0
5 1 0 0 1
6 1 0 1 1
7 1 1 0 1
8 1 1 1 1
-
42
Postulado 4: Asociatividad
Para cada X,Y,Z en B: a)X+(Y+Z)=(X+Y)+Z---------b)X(YZ)=(XY)Z
Postulado 5: Distributividad
Para cada X,Y,Z en B: a)X+(YZ)=(X+Y)(X+Z)------------b)X(Y+Z)=(XY)+(XZ)
Postulado 6: Existencia de complemento
Para cada X en B existe un elemento nico denotado por X' complemento tal que: a)X+X'= 1-------b)XX'=0
Teorema !: Multiplicacin por cero (identidad)
Es el factor neutro: Suma: a+1=!--------Producto: a0=0
Teorema 2: Absorcin
En la suma se identifica primero de forma aislada y luego multiplicando a otra expresin. Suma: A+(AB)=A----------Producto: A(A+B)=A
Teorema 3: Cancelacin I
Es cuando se encuentra una expresin sumada o multiplicada con su complemento: Suma: A+A'B=A+B-------Producto: A(A'+B)=AB
Teorema 4: Cancelacin II
Se identifica en 2 trminos que comparten un factor comn y otro que no es comn, uno de ellos es el complemento de la otra: Suma: AB+A'B=B---------Producto:(A+B)(A'+B)=B
Teorema 5: Impotencia
Si se suma o multiplica el trmino n nmero de veces, dar por resultado el mismo. Suma: A+A+A=A---------Producto:(A)(A)(A)=A
Teorema 6: Consenso
Se encuentran 2 trminos que contengan una expresin en uno afirmada y en otro negada, anotar los trminos con que se multiplica uno y otro, al final se busca otro elemento o trmino que sea la multiplicacin de estos 2 ltimos, este ltimo se multiplica. Suma: AB+A'C+BC=AB+A'C---------------Producto: (A+B)(A'+C)(B+C)=(A+B)(A'+C)
Teorema 7: De Morgan
Si hay suma complementada se puede hacer el producto de cada parte con su complemento. Suma: |A+B|=A'B'---------------Producto: |AB|=A'+B'
Teorema 8: Involucin
El complemento de un complemento es el termino sin complementos.-----||A=A
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Teorema 9: Complemento de neutros
El complemento de la nada es el todo y el del todo es la nada.0'=1----1'=0
MAPAS DE KARNAUGH El mapa de KARNAUGH es un mtodo grfico que se utiliza para simplificar una
ecuacin lgica, para convertir una tabla de verdad a su circuito lgico
correspondiente en un proceso simple y ordenado.
TIPO DE DOS VARIABLES
En el mapa de KARNAUGH se grafican las dos entradas y se ponen 4 celdas que son
la representacin grfica de las combinaciones posibles de las dos entradas.
X=ab+ ab
DE TRES VARIABLES
Se grafican las dos entradas y se ponen 8 celdas que son la representacin grfica de
las combinaciones posibles en las dos entradas.
S=abcd+abcd+ab
DE CINCO VARIABLES
Este mapa se obtiene de dos mapas
con 4 variables, lo que hace un mapa
con 32 celdas, y que cuenta con 5
entradas, aclarando se cuenta con una
entrada.
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A A
B 1 0
B 0 1
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 0
-
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MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS)
EJEMPLO 1
BC
EJEMPLO 2
BC
EJEMPLO 3
BC
A B C X
1 0 0 0 0
2 0 0 1 0
3 0 1 0 1
4 0 1 1 0
5 1 0 0 1
6 1 0 1 0
7 1 1 0 1
8 1 1 1 0
A 00 01 10 11
0 0 0 1 0
1 1 0 1 0
A B C X
1 0 0 0 1
2 0 0 1 1
3 0 1 0 0
4 0 1 1 1
5 1 0 0 1
6 1 0 1 1
7 1 1 0 0
8 1 1 1 0
A 00 01 10 11
0 1 1 0 1
1 1 1 0 0
A B C X
1 0 0 0 1
2 0 0 1 1
3 0 1 0 1
4 0 1 1 0
5 1 0 0 0
6 1 0 1 0
7 1 1 0 1
8 1 1 1 0
A 00 01 10 11
0 1 1 1 0
1 1 0 1 0
-
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EJEMPLO 4
BC
UTILIZACIN DE ELEMENTOS LGICOS BSICOS
PRACTICA 2
OBJETIVOS DE LA PRCTICA
Conocern las operaciones lgicas utilizadas con mayor frecuencia. Conocer los
smbolos ms importantes. Aprender a convertir expresiones lgicas sencillas en
circuitos.
EJEMPLO 1
Realizar un esquema de un circuito con un pulsador, un inversor y un led. El led
deber iluminarse cuando no se presione el pulsador.
A 00 01 10 11
0 0 0 1 0
1 1 0 1 0
A B C X
1 0 0 0 1
2 0 0 1 1
3 0 1 0 1
4 0 1 1 0
5 1 0 0 0
6 1 0 1 0
7 1 1 0 1
8 1 1 1 0
A X
0 1
1 0
-
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EJEMPLO 2
Confeccione un circuito con dos pulsadores, un enlace and y un led. El led debe
encenderse al presionar los dos pulsadores.
EJEMPLO 3 Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led. El led deber
iluminarse cuando se presiona al menos uno de los pulsadores.
A B X
0 0 0
1 0 0
1 1 1
A B X
0 0 0
1 0 0
1 1 1
-
47
EJEMPLO 4
Confecciona un circuito con 2 pulsadores un enlace NAND y un led. El led deber
apagarse cuando se presiona uno de los dos pulsadores.
EJEMPLO 5
Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace NOR y un led. El led deber
apagarse cuando se presiona uno o los dos pulsadores.
A B X
0 0 1
0 1 1
0 0 1
1 1 1
A B X
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
-
48
EJEMPLO 6
Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led.
El led deber iluminarse cuando se presiona uno o los dos
pulsadores.
EJEMPLO 7
En una planta un solo operario alimenta material a una prensa hidrulica y a
continuacin inicia la operacin de prensado. Con el fin de garantizar la seguridad del
operario la prensa deber activarse nicamente si el operador pulsa un botn de inicio
A B X
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
-
49
con cada mano y adems si la maquina detecta la presencia del material con el sensor
1 o sensor 2. A modo de proteccin adicional el sistema analiza si la barrera de luz
incorporada ha sido interrumpida o no. Confiar un circuito para que la prensa
hidrulica cumpla los requisitos planeados es decir la prensa nicamente podr
activarse si se cumplen las siguientes condiciones.
Si se pulsan los dos.
Si el material es detectado por el sensor 1 o 2.
La barrera de luz no debe admitir seal alguna.
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50
EJEMPLO 8
Dibuja el circuito en el que un AND de cuatro entradas nicamente se obtiene
mediante compuertas AND de dos 2 entradas. Confecciona el circuito y comprueba
su funcionamiento.
EJEMPLO 9
Dibuja el circuito que implemente un NOR de 4 entradas, compuertas OR de 2
entradas y un inversor. Confecciona el circuito y comprueba su funcionamiento.
A B C D X
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 1 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 0 0 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 0
1 1 0 1 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 1
A B C D X
0 0 0 0 1
0 0 0 1 0
0 0 1 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 0 0 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 0
1 1 0 1 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 0
-
51
EJEMPLO 10
Dibuja el circuito en el que un OR de2 entradas nicamente se obtiene mediante
compuertas NAND de dos entradas. Confecciona el circuito y comprueba su
funcionamiento.
EJEMPLO 11
Dibuja el circuito que corresponda a la funcin
En forma disyuntiva normal.
1 Pulsador
3 AND con 4 entradas
1 OR con 4 entradas
1 Indicador led
A B X
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
A B C X
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 0
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52
FAMILIAS LOGICAS Una familia lgica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnologa
comn de fabricacin y tienen estandarizadas sus caractersticas de entrada y de
salida; es decir, son compatibles entre s.
Como consecuencia de la estandarizacin, la interconexin entre dispositivos lgicos
de una misma familia es particularmente sencilla y directa: no requiere de etapas
adicionales de acoplamiento.
FAMILIA TTL Y ECL
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53
-
54
-
55
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56
FAMILIA MOS
Las familias lgicas MOS son aquellas que basan su funcionamiento en los
transistores de efecto campo o MOSFET. Estos transistores se pueden clasificar en
dos tipos segn el canal utilizado:
NMOS PMOS
FAMILIA CMOS
Basa su operacin en la utilizacin de los transistores NMOS y PMOS funcionando
como interruptores, de tal forma que los transistores NMOS suministran el nivel bajo
(ya que no se degrada con la tensin umbral) y los transistores PMOS suministran el
nivel alto (ya que no se degrada con la tensin umbral).
BAJO VOLTAJE
Son familias lgicas especialmente diseadas para funcionar con tensiones de
alimentacin reducidas, sin que ello suponga una prdida de carga ni incremento de
los tipos de propagacin.
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57
FLIP-FLOP RS
Un flip-flop asncrono a travs de las dos entradas, la S=Set y R=Reset. Si una
entrada recibe su seal la activacin su estado de paso de inmediato.
PRCTICA
EJEMPLO
Dibuja un circuito con un flip-flop RS con entradas invertidas, atribuye a las entradas
R y S las conexiones que se permitan la utilizacin de dos pulsadores que repaso
pongan un 0 en su salida. Las dos salidas Q1 y Q2 debern controlar cada uno de los
leds.
FLIP FLOP D
Es una forma especial del flip-flop RS activado por nivel la idea consiste en que las
entradas de conmutacin siempre deben conectarse en modo que nicamente
existan 2 posibilidades S=1 R=0 y S=0 R=1.
EJEMPLO 1
Dibuja un flip-flop D compuesto por un flip-flop RS sencillo y una etapa previa que
conste de 2 puertas NAND y un inversor.
EJEMPLO 2
Dibujar un circuito de 2 bits con flip-flop D.
La entrada de reloj deber controlarse mediante un pulsador mientras que las
entradas D se controlan mediante 2 interruptores. Las 2 salidas de los flip-flops estn
conectadas a las entradas 1 y 2 del display de 7 segmentos.
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58
UNIDAD 3 CONVERTIDORES
COMPETENCIA DE LA UNIDAD Seleccionar y manipular dispositivos analgicos y digitales para la implementacin de
circuitos.
CRITERIOS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos
Examen 60%
Tareas 40%
b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase
Examen 50%
Trabajo en equipo 50%
c) Hace aportaciones a las actividades acadmicas desarrolladas
Examen 50%
Investigacin 50%
d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje
Examen 50%
Prctica 50%
e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crtico
Examen 60%
Investigacin 40%
f) Realiza su trabajo de forma autnoma y autorregulada
Portafolio 80%
Investigacin 20%
CONVERTIDORES Un conversor o convertidor analgico-digital (CAP), o tambin ADC del ingls
(Analogto Digital Converter) es un dispositivo electrnico capaz de convertir una
entrada analgica de voltaje en un valor binario. Se utiliza en equipos electrnicos
como computadoras, grabadores de sonido y de video.
La seal analgica que vara de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada
del dispositivo y se somete a un muestreo a una fija obtenindose as una seal digital
a la salida del mismo.
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EXPOSICIONES
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60
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61
-
62
-
63
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64
-
65
-
66
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67
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68
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69
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70
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71
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72
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73
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74
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75
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76
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77
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78
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79
MAPA DIGITAL/ANALGICO
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80
MAPA CONCEPTUAL ANALGICO/DIGITAL
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81
UTILIZACIN DEL DISPARADOR SCHMITT
OBJETIVO
El estudiante habr adquirido los conocimientos siguientes:
Conocer los circuitos de disparador Schmitt.
Conocer lo que es una histresis.
Aprender como corregir los rebotes.
Podr atribuir datos digitales distorsionados por ruido.
DESCRIPCIN
Si se trasmiten seales digitales a travs de cables largos, la caracterstica propia de los cables
distorsiona el nivel y los francos de las seales de esta manera es posible que una seal digital
con 2 valores de tencin claramente definidos se
trasforme casi en una seal anloga, esta seal
debe bombera a corriente en una seal digital en el
receptor.
DISPARADOR SCHMITT
Convierte una seal de entrada analgica en
una seal de salida digital.
En el caso de los mdulos TTL significa que se
convierte cualquier tensin de entrada
analgica entre 0 y 5 voltios en un nivel de salida de 0 a 5v.
HISTRESIS
Las seales analgicas reales suelen no tener un recorrido
tan homogneo como las seales sinusoidales. Con l
frecuencia tales seales contienen partes de alta frecuencia
que provocan ligeras vibraciones alrededor del valor como
tal, en un sistema real estas circunstancias provocaran un
comportamiento no deseado de disparador Schmitt.
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82
La diferencia entre ambas tenciones U entradas (U ent) y el
voltaje de salida (U Sal) se llama histresis.
UH= U ent- U sal
Con la histresis se obtiene el recorrido deseado de la tensin de
salida.
El smbolo dentro representa la histresis de Schmitt
adems tiene una entrada L por tensin analgicas indistintas y una salida digital Q
que nicamente puede asumir niveles altos o bajos.
Histresis
U ent U sal = Uh U ent = 2.4r U sal= 2.1v Uh= 0.3v
REBOTES DE UN PULSADOR Al accionar un pulsador mecnico, internamente un contacto de conmutacin contra
un contacto fijo.
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83
PRACTICA 3 EJEMPLO 1
Simula un pulsador con rebote conectando un cable a 5v.
Cuntos puntos resultan a conectar la direccin? 16 con letras decimales
CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR
EJEMPLO 2
Para corregir los rebotes de un pulsador no basta con conectar detrs de un
disparador de Schmitt. Los rebotes del pulsador generan impulsos de 0V o 5V de
manera que el disparador Schmitt entregara la misma tensin de salida a pesar de la
histresis. Para corregir los rebotes del pulsador se aprovecha mas bien la
caracterstica especial de un condensador. El condensador se va cargando de manera
lenta cuando se conecta tensin, y se vuelve a descargar relativamente despacio
cuando se conectan a ambos polos al mismo potencial. El pulsador (con rebote)
controla precisamente esas operaciones de carga y descarga del condensador.
Cuntos impulsos se producen al efectuar la conexin o desconexin? 16
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84
PROYECTO DE ARDUINO
MATERIAL FOTO RESISTENSIAS
RESISTENSIAS
CABLE
LEDS
PROTO
ARDUINO
SERVOMOTOR
LINTERNA
DESCRIPCION
EL CIRCUITO LO QUE HACE ES QUE AL ALUSAR A UNA DE LAS FOTO RESISTENCIAS, SE PRENDE
EL LED, Y EL SERVOMOTOR SE MUEVE EN LA DIRECCION EN QUE ESTA ENCENDIDA LA
FOTORESISTENCIA.
Y EN CASO DE QUE ALUCEMOS EN AMBAS FOTORESISTENCIAS SE ENCIENDEN LOS LEDS Y NO
GIRA EL SERVOMOTOR.
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85
UNIDAD 4 LENGUAJES HDL
COMPETENCIAS DE LA UNIDAD
Conocer el lenguaje de un HDL.
Implementar circuitos digitales utilizando un lenguaje HDL.
Leer e interpretar diagramas de circuitos digitales.
Colaborar en equipo para deducir soluciones aplicadas a circuitos digitales.
CRITERIOS DE EVALUACIN
a)
Examen 40%
Tareas 40%
Trabajo en equipo
b)
Examen 40%
Trabajo en equipo 30%
Investigacin 30%
c)
Examen 40%
Investigacin 30%
Participacin en clase 30%
d)
Examen 40%
Prcticas 30%
Tareas 30%
e)
Examen 40%
Practicas 40%
Tareas 20%
f)
Portafolio 60%
Investigacin 20%
Participacin en clase 20%
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86
DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES Un Dispositivo Lgico Programable (PLD) es cualquier dispositivo lgico cuya funcin
est especificada por el usuario, despus de fabricado el dispositivo. Se usan para
reemplazar lgica SSI y MSI, ahorrando as en costo y tiempo en el diseo.
TIPOS
Existen 2 tipos de dispositivos lgicos, los cuales pueden programarse para
obtener ciertas funciones combinacionales o secuenciales, GAL y PALS.
Las PALS slo se programan 1 vez y la ecuacin no puede ser modificada. las GAL pueden ser reprogramadas varias veces.
CARACTERISTICAS
Capacidad multinivel
Niveles de jerarquas
Capacidad de combinar descripcin funcional y de comportamiento
Instrucciones que se definen una sintaxis independiente del nivel
Independencia tecnolgica
No depende de la forma de realizacin fsica posterior
Universalidad
Compatibles con gran nmero de herramientas
Facilidad de comprensin y lectura
Simplifica la documentacin
FABRICANTES
Actel (fusible y flash) , Altera, Atmel (con micros), Chip Express, Clear Logic, Cypress,
DynaChip, Fast Analog Solutions, Gate field, Hammer Cores, Lattice (SRAM y flash),
Lucent Technologies, Motorola, Orbit, Quick Logic, Quick Turn, Vantis, Xilinx.
PASOS PARA EL DISEO CON PLDS
Flujo de datos
Ecuaciones booleanas
Funcional o comportamental
Se basa en procesos en procesos y declaraciones secuenciales
Estructural
Mdulos estructurales o esquemtica
Para qu sirven los HDLS?
Los lenguajes de descripcin de HW sirven para modelar circuitos.
Los modelos se pueden simular para comprobar si corresponden con el
funcionamiento deseado.
O si se pueden sintetizar para crear un circuito que funcione como el modelo.
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87
POR CAPTURA ESQUEMATICA
Se entiende el proceso de descripcin, mediante un dibujo de un circuito elctrico, en
el que representan a los diferentes componentes del circuito y solo se efectan
interconexiones entre ellas.
Existen varios programas con la aplicacin de captura esquemtica como el
schematic del lspStarter de Lattice semiconductor o fundation de LINUX entre
otros.
Esta tcnica permite simular en la computadora el circuito virtualmente y verificar su
funcionamiento antes de su fabricacin o implementacin en un PLD, reduciendo as
el ciclo de diseo y el tiempo de obtencin de un problema.
POR TABLAS DE VERDAD
Para aclarar el proceso es necesario un ejemplo especfico. La tabla de verdad
especifica un circuito combinacional de 3 entradas A B C y una salida.
El procedimiento implica los siguientes pasos:
1) Deducir el nmero de entradas y salidas, y se le asigna un smbolo a cada una.
2) Deducir la tabla de verdad que define la relacin entre entradas y salidas.
3) Obtener las funciones booleanas simplificadas
4) Dibujar el diagrama lgico y verificar que est correcto.
POR ECUACIONES BOOLEANAS
Si se requiere reducir la funcin que realiza el circuito. Este proceso parte del
diagrama lgico dado y culmina en un conjunto de funciones booleanas, una tabla de
verdad o una posible explicacin del funcionamiento del circuito.
POR COMPORTAMIENTO
Describimos la forma en que se comporta el circuito. Esta es la forma que ms se
parece a los lenguajes de software ya que la descripcin es secuencial.
A B C X
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 1 1 1
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MAPA CONCEPTUAL
CIRCUITOS SECUENCIALES CON HDL Tienen la capacidad para recordar o memorizar los valores de las variables de entrada
o esta operacin es impredecible en los sistemas automticos construidos con
circuitos digitales.
Sistemas digitales secuenciales
Se dividen en 2 circuitos:
Mquina de more
Mquina de Mealy
MQUINA DE MORE
Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los
elementos de memoria y de las entradas presentes al instante.
MQUINA DE MEALY
Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los
elementos de memoria y de las entradas presentes al instante.
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DESCRIPCIN VERBAL
Si el conductor presente y (AND) el conductor no (NOT) tiene el cinturn enganchado
Y (AND) el interruptor encendido est activo entonces encender la luz e advertencia.
EXPRESIN BOOLEANA
Luz advertencia= Conductor presente circuito enganchado interruptor encendido
DIAGRAMA ESQUEMTICA
Conductor presente
Cinturn enchanchado Luz de advertencia
Interruptor encendido
ECUACIN BOOLEANA
Es una funcin cuyo dominio son las palabras conformadas por los valores binarios 0
y 1 y cuyo condominio son ambos valores 0 y 1.
DIAGRAMA DE ESTADOS
Se debe pensar en la secuencia de operaciones por las que debe progresar el sistema. En este proceso de pensamiento se debe tener en cuenta las salidas que se necesitan que el sistema genere. Luego en primer lugar se describe el contador mediante un diagrama de estados, que muestra la progresin de estados por los que el contador avanza cuando se aplica una seal de reloj. Como ejemplo se muestra en la figura, un diagrama de estados de un contador bsico en cdigo Gray de 3 bits.
TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE
Una vez que se define el circuito secuencial mediante un diagrama de estados, el
segundo paso es obtener la tabla del estado siguiente, que enumera cada estado del
contador (estado actual) junto con el correspondiente estado siguiente. El estado
siguiente es el estado al que el contador pasa desde su estado actual, al aplicar un
impulso de reloj. La tabla del estado siguiente se obtiene a partir del diagrama de
estados.
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90
Estado actual Estado Siguiente
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 1
0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 0
1 0 0 0 0 0
CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIN DE COMPORTAMIENTO
Existen dos:
ITITIAL Begin Clock= 1b0; Repeat (30) #10 clock=Nclock end
ALWAYS Begin Clock=1bo; #300 $frnish End Always #10 clock=nclock
-
90
ASICRONO SICRONO E
E
TRANSICIN DE ESTADO
E(t) S(t)
Q (t+1)=G [E (t), Q (t)]
Q(t)
Sistema combinacional Sistema
combinacional
Elemento Memoria
Generador de impulsor (RELOJ)
Sistema combinacional
-
91
EJEMPLO
TABLA DE
ESTADO DIAGRAMA DE
TRANSICIN
Entrada Estado 0 1
S1 S2 S1
S2 S1 S2
0 1 I1 I3 I2
I2 I4 I1
I3 I1 I4 I4 I2 I3
I1
I3 I4
S2
1
1
1
1
0 0 0
0
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92
CIRCUITOS COMBINACIONALES HDL Consiste en compuertas lgicas cuyas salidas en cualquier momento,
Estn determinadas por la combinacin actual de sus entradas.
EJEMPLO:
E1
E2
E3
Se puede obtener
Por captura esquemtica Por tabla de verdad Por ecuaciones Booleanas Por descripcin de comportamiento
Circuitos secuenciales HDL Tiene la propiedad de que la salida, no solo depende de la entrada actual,
sino tambin de la secuencia de entrada anteriores.
Ejemplo
Se puede obtener:
Por captura esquemtica
Por tabla de verdad Por ecuaciones
Booleanas
Por descripcin de comportamiento
Por tabla de estado Por diagrama de
transicin
FLIP-FLOP
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DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES
QU ES UN PLD?
El PLD, o Dispositivo Lgico Programable, es un dispositivo con
caractersticas que pueden ser configuradas por el usuario por medio de
un programa y se le pueden implementar funciones lgicas que el usuario
necesite en un sistema.
La mayora de los PLDS integran una matriz de compuerta AND y una
matriz de compuerta OR (fijas o programables), una matriz de conexiones,
y algunas ocasiones, tambin registros.
EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLDS?
Las primeras memorias ROM las cuales eran programadas mediante la
destruccin de una matriz de diodos para realizar el almacenaje de datos,
an ms las primeras memorias los datos de la misma deban ser
grabados por el fabricante de la memoria con el consecuente costo y la
poca seguridad debido a que alguien podra conocer mis datos. Debido a
estos problemas surge la necesidad de poder almacenar los datos por el
usuario y surge as la PROM, siglas de programable ROM o sea memoria
de solo lectura programable.
EJEMPLO
Las entradas del PLD entran al arreglo lgico los cuales son hechos de
columnas y filas (en la figura se muestra tal arreglo) cada par de columnas
representa la entrada negada o complementada y la misma entrada sin
negar, cada fila constituye un trmino AND. Las conexiones lgicas se
establecen entre diferentes columnas y filas en la matriz para determinar
cul combinacin de entradas llevaran al termino AND a un nivel alto. Ms
de un trmino AND alimenta una compuerta OR. La salida es la suma de
productos.
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ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLDS
Los PLDS contienen una arquitectura general predefinida y se
puede reprogramar por el usuario.
Algunos PLDS contiene FLIP-PLOPS y LATCHES para ser usados
como elementos de almacenamiento para entradas y salidas.
Los pines pueden ser usados como entradas, salidas o Y/O con
habilitacin de tres estados.
VENTAJAS DE LOS PLDS
Reduce la cantidad de CI
Reduce el espacio en las tarjetas electrnicas.
Menor consumo de potencia.
Tiempo de diseo cort.
Se pueden realizar cambios del programa (mantenimiento).
Compacta.
PROCEDIMIENTO DE DISEO CON DISPOSITIVOS LOGICOS
PROGRAMABLES.
1. Especificar la funcin que el circuito deseado debe realizar.
2. Generacin de las ecuaciones booleanas requeridas para
implementar esa funcin.
3. Simplificacin de las ecuaciones booleanas.
4. Generacin de un mapa de fusibles desde las ecuaciones booleanas.
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5. Simulacin Lgica (Opcional).
6. Programacin de dispositivo seleccionado.
7. Chequeo o test del dispositivo ya programado con el programador.
PROGRAMACION DE LOS PLDS
Programar significa realizar las conexiones reales en el arreglo, es decir
cuales conexiones deben estar en 0, 1. Existen 2 mtodos para programar
un PLD:
Programacin por ZIF
Programacin en Sistema
PROGRAMACIN POR ZIF
Este implica remover el chip del PLC y se requiere colocarlo en un
dispositivo especial llamado (Programador).
Actualmente los programadores se conectan a una computadora personal
donde contiene bibliotecas de informacin de diversos tipos de PLC Donde
ejecutan un software de programacin donde nos permite establecer
informacin como: Que dispositivo es, si esta en blanco o leer el estado de
cualquier conexin programable El resultado de una programacin exitosa
es un archivo llamado JEDEC donde por medio de ZIF ser grabado en el
chip.
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PROGRAMACIN EN SISTEMA
Este mtodo el chip no necesita extraerse del circuito para su
programacin se la realiza por medio de un cable conocido como JTAG
donde tiene 4 terminales que son conectadas la PLC y es cargada la
informacin por medio de software que establece el formato apropiado de
PLC
DESVENTAJAS DE LOS PLD
Algunos aspectos negativos a sealar en estos circuitos vienen dado en
que
Las tcnicas de los circuitos impresos cambian considerablemente
La seleccin del encapsulado no es trivial
Las conexiones entre terminales son muy pequeas
Surge la necesidad de utilizar una circuitera adicional para el control
de la calidad.
REPORTE DE LA PRACTICA DE GALILEO
INTRODUCCIN
En est ocasin realizaremos una prctica en la cual utilizaremos lo que es
galileo, conoceremos sus caractersticas y la manera en cmo funciona,
como debemos utilizarlo sin daarlo.
Otra de las cosas que veremos es como con un galileo y un pequeo
cdigo podremos realizar una secuencia de encendido y apagado de un
led.
Veremos cmo hacer que el un servo motor se mueva con ayuda de un
frecuenciometro.
Y veremos cmo funciona el galileo con un sensor de luz, y cmo
podemos hacer que prenda y apague el led que tiene integrado el galileo.
QU ES EL GALILEO?
Intel Galileo es una plataforma de desarrollo de hardware, que permite la
creacin de objetos interactivos. Toma informacin del medio ambiente, la
procesa y genera acciones en respuesta.
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PARTES DEL GALILEO
Ethernet.
RS-232 Port.
USB client.
USB host.
Digital pins.
5V Power In.
SD card.
SD Activity Indicator.
Power indicator
Arduino sketch reset.
Pin 13 LED.
Reboot button.
IOREF select analog pins.
Power pins.
PRACTICA 1 LED DEL GALILEO
En esta prctica lo que el galileo realizo es prender y apagar un led que
contiene integrado, con el siguiente cdigo:
int led = 13;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(led, HIGH);
}
void loop() {
//put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite(led, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(led, LOW);
delay(1000);
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PRACTICA 2 SERVO Y POTENCIOMETRO
//Utiliza el Grover - sensor de Angulo giratorio para controlar la posicin de
la arboleada - servo-
//conecte el Grover - servo a la toma marcada D3
//conecte el Grover - sensor de ngulo giratorio para A0
#include
//Definirlos pines a la que estn conectados el servo y el sensor.
const int pinServo = 3;
const int potentiometer = 0;
//utilice un objeto servo para representar y controlar e servo.
Servo groveServo;
void setup()
{
//Dgale al objeto servo que pin que se utilizara para controlar el servo.
groveServo.attach(pin Servo);
//configura pines de sensor de ngulo de seales de entrada
pinMode(potentiometer, INPUT);
}
void loop()
{
//Leer el valor del sensor de ngulo.
int sensorPosition = analogRead(potentiometer);
//el valor analgico del sensor de ngulo est entre 0 y 1023, pero
//el servo solo acepta valores entre 0 y 179; utilizar el mapa()
//funcin como una conversin lineal entre los dos rangos.
int shaftPosition = map(sensorPosition, 0, 1023, 0, 179);
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//utilice el objeto servo para mover el
servo.
groveServo.write(shaftPosition);
delay(15);
}
PRACTICA 3 TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ
// Demo for Grove - Starter Kit V2.0
//
// Uses the Grove - Light Sensor to measure the ambient light, and turns on
the Grove - LED
// when the value drops below a certain threshold.
// In a bright room, try covering the Grove - Light Sensor with your hand.
// Connect the Grove - Light Sensor to the socket marked A0
// Connect the Grove - LED to D7
// Defines the pins to which the light sensor and LED are connected.
const int pinLight = A0;
const int pinLed = 13;
// Defines the light-sensor threshold value below which the LED will turn on.
// Decrease this value to make the device more sensitive to ambient light,
or vice-versa.
int thresholdvalue = 400;
void setup()
{
// Configure the LED's pin for output signals.
pinMode(pinLed, OUTPUT);
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100
}
void loop()
{
// Read the value of the light sensor. The light sensor is an analog
sensor.
int sensorValue = analogRead(pinLight);
// Turn the LED on if the sensor value is below the threshold.
if(sensorValue < thresholdvalue)
{
digitalWrite(pinLed, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(pinLed, LOW);
}
}
CONCLUSION
En estas prcticas que hemos realizado con el galileo, me di cuenta de
que se pueden hacer muchas cosas con este tipo de instrumento, a pesar
de que no tiene capacidad de guardar en memoria lo que se le programa
es muy sencillo de utilizar.
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101
CONCLUSION FINAL En esta materia nos dimos cuenta es muy importante conocer que son los
principios elctricos y cmo los utilizamos a diario.
En la primera unidad aprendimos que es importante conocer lo que es la
electronica analogica, las funciones que contiene y sus caracteristicas de
cada una de ellas.
Tambin nos dimos cuenta de que los componestes que tiene son de
suma importancia dentro de algun circuito, ya que cada uno de ellos
realiza una funcion muy importante.
Y que es muy importante conocer los tipos de energia que existen, sus
caracteristicas, y el funcionamiento, la manera en la que puenden ser
utilizadas sus ventajas y desventejas.
En la unidad 2 vimos lo que es la electrnica digital, las funciones en las
que podemos aplicarla.
Uno de los temas importantes fue la aplicacin de las compuertas lgicas
ya que supe cmo es que realizan su funcionamiento, dentro de un
circuito, y como es que deben de ordenarse para obtener un buen
funcionamiento.
De las familias lgicas tambin es muy importante conocer sus
caractersticas, su funcionamiento y como es que estn conformadas.
En la unidad 3 vimos la importancia de los convertidores y la manera en la
que lo podemos aplicar. Vimos las caractersticas y sus aplicaciones, en
las cuales vimos cmo es que convierte las seales analgicas a digitales
y de digitales ha analgicas. Tambin vimos lo que es la histresis y cul
es su funcin, al ponerlo junto con un pulsador.
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En la unidad 4 vimos lo que son los lenguajes de programacin HDL, lo
que podemos reliazar con ellos. Vimos que con los lenguajes HDL
podemos crear circuitos combinacionles los cuales se pueden representar
de la siguiente manera:
Por captura esquematica
Por tabla de verdad
Por ecuaciones booleanas
Por descripcion de comportamiento
Pero tambien podemos aplicar este tipo de lenguaje lo podemos aplicar en
los secicuitos combinacionales secuanciales. Los cuales se representan de
la misma manera que los circuitos combinacionales pero solo que cuenta
con dos formas mas para representarse que son:
Por tabla de estado
Por diagrama de transicion
Tambin realizamos varias prcticas con el galileo, con lo cual vimos que
es muy facil utilizarlos, y que podemos realizar proyectos de una manera
ms facil.
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