1. Introducci¢n a la t?cnica digital ............................................. 1
1.1 Introducci¢n ....................................................................................... 1
1.2 Se¿ales anal¢gicas y digitales .......................................................... 1
1.2.1 Se¿ales anal¢gicas ............................................................................. 1
1.2.2 Se¿ales digitales ................................................................................. 2
1.3 Procesos digitales .............................................................................. 5
1.3.1 Convertidores A/D y D/A .................................................................... 5
1.3.2 Procesador digital de temperatura ..................................................... 5
1.3.3 Equipos de sonido con proceso digital ............................................... 6
1.4 Sistema num?rico binario ................................................................ 7
1.4.1 L¢gica positiva y l¢gica negativa ....................................................... 7
1.4.2 Valor posicional de los d¡gitos ........................................................... 9
1.4.2.1 Sistema decimal ................................................................................ 10
1.4.2.2 Sistema binario .................................................................................. 11
1.4.3 Conversi¢n binario-decimal ............................................................. 13
1.4.4 Conversi¢n decimal-binario ............................................................. 14
1.4.5 Conversi¢n a binario de decimal fraccionario ................................. 15
1.5 C¢digos binarios .............................................................................. 15
1.5.1 Introducci¢n ...................................................................................... 15
1.5.2 C¢digo BCD natural ......................................................................... 16
1.5.3 C¢digo BCD Aiken ........................................................................... 18
1.5.4 C¢digo BCD exceso 3 ....................................................................... 19
1.5.5 C¢digo Gray ..................................................................................... 20
1.5.6 C¢digos alfanum?ricos ..................................................................... 21
1.6 Sistema hexadecimal ....................................................................... 23
1.6.1 Conversiones entre binario y hexadecimal ....................................... 23
1.6.1.1 Conversi¢n de binario a hexadecimal ................................................ 24
1.6.1.2 Conversi¢n de hexadecimal a binario ................................................ 24
1.6.2 Conversiones entre decimal-hexadecimal ........................................ 25
1.6.2.1 Conversi¢n de hexadecimal a decimal .............................................. 25
1.6.2.2 Conversi¢n de decimal a hexadecimal .............................................. 25
1.7 Operaciones aritm?ticas b sicas en binario ................................. 26
1.7.1 Suma binaria ..................................................................................... 26
1.7.2 Resta binaria ..................................................................................... 27
1.7.3 Multiplicaci¢n ................................................................................... 28
1.7.4 Divisi¢n ............................................................................................. 28
1.8 Ejercicios propuestos ...................................................................... 29
2. Circuitos digitales fundamentales y lgebra de Boole ....... 31
2.1 Introducci¢n ..................................................................................... 31
2.2 Operaciones l¢gicas fundamentales ............................................. 32
2.2.1 Suma l¢gica ...................................................................................... 32
2.2.2 Producto l¢gico ................................................................................ 32
2.2.3 Complementaci¢n ............................................................................. 33
2.3 Simbolog¡a l¢gica ............................................................................ 33
2.4 Puertas l¢gicas ................................................................................. 34
2.4.1 Aspectos fundamentales sobre la l¢gica de contactos ...................... 34
2.4.2 Puerta O (OR) .................................................................................. 35
2.4.3 Puerta Y(AND) ................................................................................. 39
2.4.4 Puerta NO (NOT): Inversor .............................................................. 40
2.4.5 Puerta NO-O (NOR) ......................................................................... 42
2.4.6 Puerta NO-Y(NAND) ........................................................................ 44
2.4.7 Puerta O-exclusiva (Exclusive-OR) .................................................. 47
2.5 L¢gica positiva y l¢gica negativa .................................................. 50
2.6 µlgebra de Boole: principios y reglas fundamentales ............... 52
2.6.1 Introducci¢n ...................................................................................... 52
2.6.2 Postulados fundamentales ................................................................ 54
2.6.2.1 Postulados tipo suma ..................................................................... 54
2.6.2.2 Postulados tipo producto ............................................................... 55
2.6.3 Propiedades y teoremas fundamentales ........................................... 56
2.6.3.1 Propiedad asociativa .......................................................................... 56
2.6.3.2 Propiedad conmutativa ...................................................................... 57
2.6.3.3 Propiedad distributiva ....................................................................... 57
2.6.3.4 Ley de absorci¢n ............................................................................... 60
2.6.3.5 Teorema de Shannon ......................................................................... 61
2.6.3.6 Teoremas de De Morgan ................................................................... 62
2.6.3.7 Teorema de dualidad ......................................................................... 65
2.7 Ejercicios propuestos ...................................................................... 66
2.8 Actividades pr cticas de laboratorio ............................................ 67
3. Electr¢nica digital integrada:
generalidades y tecnolog¡as .................................................. 71
3.1 Introducci¢n ..................................................................................... 71
3.2 Circuitos integradosChips ............................................................. 71
3.2.1 Cuestiones sobre la fabricaci¢n de chips ......................................... 72
3.3 Escalas de integraci¢n .................................................................... 73
3.4 Tecnolog¡as de los circuitos integrados digitales ....................... 74
3.4.1 Tecnolog¡as bipolares ....................................................................... 74
3.4.2 Tecnolog¡as MOS ............................................................................. 75
3.5 Caracter¡sticas generales de los CI digitales ............................... 76
3.5.1 Caracter¡sticas de entrada-salida .................................................... 76
3.5.2 Cargabilidad de salida (Fan-out) ..................................................... 77
3.5.3 Curva de transferencia ..................................................................... 77
3.5.4 Ruido ................................................................................................. 79
3.5.5 Disipaci¢n de potencia ..................................................................... 81
3.5.6 Tiempo de propagaci¢n (velocidad) ................................................. 81
3.6 Tecnolog¡a TTL ................................................................................ 82
3.6.1 Introducci¢n ...................................................................................... 82
3.6.2 Circuito de una puerta NO-Y TTL est ndar ..................................... 83
3.6.2.1 Funcionamiento ................................................................................. 83
3.6.3 Caracter¡sticas TTL est ndar ........................................................... 85
3.6.4 Series TTL ......................................................................................... 89
3.7 Tecnolog¡a CMOS ........................................................................... 92
3.7.1 Circuito b sico CMOS: Inversor ...................................................... 96
3.7.2 Caracter¡sticas t¡picas CMOS .......................................................... 96
3.7.3 Series de CI CMOS ........................................................................... 99
3.7.4 Precauciones con los CI CMOS ..................................................... 105
3.8 Ejercicos propuestos ..................................................................... 105
4. Desarrollo de circuitos combinacionales b sicos ..............107
4.1 Introducci¢n ................................................................................... 107
4.2 Proceso de desarrollo de circuitos combinacionales ................ 108
4.2.1 Expresiones can¢nicas de la funci¢n .............................................. 108
4.2.2 Expresiones can¢nicas en suma de productos (minterms) ............. 109
4.2.3 Expresiones can¢nicas en producto de sumas (maxterms)............. 112
4.2.4 Conversi¢n a la forma can¢nica de expresiones no can¢nicas ...... 115
4.3 Simplificaci¢n de funciones ......................................................... 118
4.3.1 M?todos de simplificaci¢n .............................................................. 119
4.3.2 Simplificaci¢n algebraica ............................................................... 120
4.3.2.1 Ejercicios de simplificaci¢n algebraica ........................................... 121
4.3.2.2 Ejercicios de desarrollo de circuitos, con simplificaci¢n
algebraica ........................................................................................ 122
4.3.3 Tablas de Kamaugh ........................................................................ 126
4.3.3.1 Introducci¢n ................................................................................. 126
4.3.3.2 Proceso para la obtenci¢n de la expresi¢n simplificada ............. 130
4.3.3.3 Estados indiferentes: X ................................................................ 132
4.4 Realizaci¢n de los circuitos con NO-Y y NO-O ........................ 135
4.4.1 Realizaci¢n con NO-Y..................................................................... 135
4.4.2 Realizaci¢n con NO-O .................................................................... 139
4.5 Proceso de desarrollo pr ctico de circuitos sencillos
de control l¢gico ............................................................................ 142
4.5.1 Introducci¢n .................................................................................... 142
4.5.2 Ejemplo de desarrollo: Circuito de control para una alarma ........ 142
4.5.3 Circuito de control para un motor .................................................. 147
4.6 Ejercicios propuestos .................................................................... 152
5. Bloques l¢gicos MSI combinacionales
y sus aplicaciones ................................................................. 153
5.1 Introducci¢n ................................................................................... 153
5.2 Codificadores ................................................................................. 154
5.2.1 Introducci¢n .................................................................................... 154
5.2.2 Codificaci¢n sin prioridad .............................................................. 156
5.2.3 Codificaci¢n con prioridad ............................................................ 157
5.2.3.1 Circuito integrado 74HC 147 .......................................................... 157
5.3 Multiplexores ................................................................................. 160
5.3.1 Dise¿o de un multiplexor de cuatro canales .................................. 162
5.3.2 CI multiplexores pr cticos .............................................................. 162
5.3.3 Ampliaci¢n de la capacidad de multiplexado ................................. 168
5.3.4 Aplicaciones de los multiplexores .................................................. 170
5.3.4.1 Selector de entradas ......................................................................... 170
5.3.4.2 Se¿alizador ...................................................................................... 171
5.3.4.3 Multiplexado de datos ..................................................................... 171
5.3.5 Generaci¢n de funciones l¢gicas .................................................... 172
5.3.5.1 El multiplexor como puerta programable ........................................ 172
5.3.5.2 Funci¢n de cuatro variables con un multiplexor
de 16 canales (74150) ...................................................................... 174
5.3.5.3 Generaci¢n de funciones de n variables con multiplexores
de n- variables selecci¢n ................................................................ 174
5.3.5.4 Ejemplo de desarrollo de un circuito pr ctico de control
mediante multiplexores ................................................................... 176
5.4 Decodificadores y demultiplexores ............................................ 179
5.4.1 Introducci¢n .................................................................................... 179
5.4.2 Decodificadores .............................................................................. 179
5.4.2.1 Decodificadores excitadores ............................................................ 179
5.4.2.2 Decodificadores no excitadores ....................................................... 184
5.4.3 Demultiplexores .............................................................................. 187
5.4.3.1 Circuito demultiplexor con el CI 74139 .......................................... 187
5.4.3.2 Sistema de transmisi¢n multiplexada .............................................. 190
5.4.4 Bloques decodificadores y demultiplexores pr cticos .................... 191
5.4.5 Extensi¢n de decodificadores ......................................................... 195
5.4.5.1 Sistema decodificador de cinco variables (32 salidas) .................... 195
5.4.5.2 Sistema decodificador de seis variables (64 salidas) ....................... 196
5.4.6 Generaci¢n de funciones mediante decodificadores ...................... 196
5.4.6.1 Funci¢n de cuatro variables con el CI 75HC154 ............................. 196
5.5 Comparadores ............................................................................... 199
5.5.1 Introducci¢n .................................................................................... 199
5.5.2 Comparadores de una salida .......................................................... 199
5.5.2.1 Comparador de datos de 4 bits ........................................................ 200
5.5.3 Dise¿o de un comparador de tres salidas (>, =,
'Se enseñan las materias de electrónica digital fundamental, y la programable, a un nivel medio y con un enfoque práctico; desde los circuitos digitales elementales (puertas lógicas) hasta los Microcontroladores PIC, combinando la teoría con la práctica. Se enseña el diseño y realización de circuitos sencillos de control, de tipo combinacional y secuencial utilizando circuitos integrados TTL y CMOS. Se hace una introducción a los sistemas digitales programables (ordenadores), enfocado hacia los microcontroladores PIC. Se enseña la aplicación práctica de los PIC con un enfoque didáctico, por lo cual se utiliza un lenguaje de programación que es tan sencillo como potente; el PicBasic Profesional. Su utilidad se centra en todos aquellos cursos donde se imparta electrónica digital, en especial a nivel de Ciclos Formativos de formación profesional;. El libro se complementa con un CD que incluye: -El programa Circuit Desing Suite Multisim 10; con el cual se puede experimentar con circuitos digitales (y analógicos) de una forma sencilla pero profesional. -Microcode Studio & PICBASIC PRO y Winpic800; los programas necesarios para poder realizar aplicaciones prácticas con microcontroladores PIC, de una forma sencilla y práctica.'
