SISTEMAS DIGITALES Principios y aplicaciones - …

1 SISTEMAS DIGITALES . Principios y aplicaciones Sexta edici n Ronald J. Tocci Monroe Community College Con la colaboraci n de Neal S. Widmer Purdue University TRADUCCI N: Francisco G. Noriega y Perito traductor REVISI N T CNICA: Ing. Jos Antonio Torres Hern ndez Ing. Electr nico, Escuela de Ingenier a Universidad "La Salle l'e a vsmn ith wi(. 011. M XICO ARGENTINA . BRASIL COLOMBIA COSTA RICA CHILE. ESPA A GUATEMALA PER - PUERTO RICO VENEZUELA. Conceptos introductorios 0:1111110: 1111 -5li :.11111H:1+-::'i!,,E11E1111r).11. 1-1 Representaciones num ricas 1-5 Circuitos DIGITALES 1-2 SISTEMAS DIGITALES y anal gicos 1-6 Trasmisi n paralela y serial 1-3 SISTEMAS de numeraci n digital 1-7 Memoria 1-4 Representaci n de cantidades binarias 1-8 Computadoras DIGITALES Al concluir este cap tulo el lector estar capacitado para Distinguir entre representaci n anal gica y digital .

2 Mencionar las ventajas, desventajas y diferencias m s importantes entre los SISTEMAS anal gicos, DIGITALES e h bridos. Comprender la necesidad de tener convertidores anal gico- DIGITALES (ADC; mudarte- digital convierten) y digital -anal gicos (DAC; digitabto analog converters). Realizar conversiones entre n meros decimales y binarios. Identificar las se ales DIGITALES m s comunes. Citar varias tecnolog as para la fabricaci n de circuitos integrados. Identificar un diagrama de tiempos. Establecer las diferencias entre trasmisi n paralela y serial. Describir la propiedad de la memoria. Describir las partes m s importantes de una computadora digital y comprender sus fun- ciones.

3 14* 111:1111. Cuando la mayor a de nosotros escucha el t rmino ' digital " inmediatamente pensamos en una "calculadora digital " o "computadora digital ". Lo anterior probablemente puede atribuirse a la forma tan impresionante en que ahora la persona promedio tiene acceso a poderosas computadoras y calculadoras, a bajo costo. Es importante se alar que ambas representan s lo una de las muchas aplicaciones de los circuitos y Principios DIGITALES . Los circuitos DIGITALES se emplean en productos electr nicos tales como juegos de video, hornos de microondas y siste- mas de control para autom viles, as como en equipos de prueba como medidores, generado- res y osciloscopios.

4 Adem s, las t cnicas DIGITALES han reemplazado muchos de los "circuitos anal gicos" utilizados en productos de consumo como radios, televisores y equipos para gra- baci n y reproducci n de alta fidelidad. En este libro estudiaremos los Principios y t cnicas comunes a todos los SISTEMAS digita- les, desde el interruptor m s simple hasta la computadora m s compleja. Si este libro tiene xito, usted adquirid una comprensi n profunda de la forma en la que trabajan los SISTEMAS 2. DIGITALES y ser capaz de aplicar sus conocimientos al an lisis y detecci n de fallas de cualquier sistema digital . Comenzamos con la presentaci n de algunos conceptos que forman parte importante de la tecnolog a digital ; todos ellos se abordar n detalladamente en cap tulos posteriores, con- forme se vayan necesitando.

5 Asimismo, se presenta parte de la terminolog a que se necesita cuando se inicia un nuevo campo de estudio, misma que ir aumentando conforme avance la 'hile El ap ndice I contiene un glosario completo de t rminos. 1-1 REPRESENTACIONES NUM RICAS. En la ciencia, la tecnolog a, la administraci n y, de hecho, muchos otros campos de la activi- dad humana, constantemente se manejan cantidades. Estas se miden, monitorean, registran, manipulan aritm ticamente, observan o, en alguna otra forma, se utilizan en muchos sistema f sicos. Cuando se manejan diversas cantidades es importante que podamos representar sus valores con eficiencia y exactitud.

6 Existen b sicamente dos maneras de representar el valor num rico de las cantidades: la anal gica y la digital . Representaciones anal gicas En la representaci n anal gica, una cantidad se repre- senta con un voltaje, corriente o movimiento de un indicador o medidor que es proporcional al valor de esa cantidad. Un ejemplo de esto es el veloc metro de un autom vil, en el cual la deflexi n de la aguja es proporcional a la velocidad a la que se desplaza el auto. La posici n angular de la aguja representa el valor de la velocidad del autom vil, y la aguja sigue cualquier cambio que ocurra conforme el veh culo acelera o frena. Otro ejemplo es el termostato com n de una habitaci n, en el cual la flexi n de la banda bimet lica es proporcional a la temperatura del cuarto.

7 A medida que la temperatura var a gradualmente, la curvatura de la banda cambia en forma proporcional. Otro ejemplo de una cantidad anal gica es el micr fono de audio. En este dispositivo se genera un voltaje de salida en proporci n con la amplitud de las ondas sonoras que chocan con el micr fono. , Las variaciones en el voltaje de salida siguen las mismas variaciones del sonido de entrada. Las cantidades anal gicas antes citadas tienen una caracter stica importante: pueden va . 'Zar gradualmente sobre un intervalo continuo de sudores. La velocidad del autom vil puede tener un valor entre cero y, digamos, 100 kM/h. En forma an loga, la salida del micr fono podr a encontrarse en cualquier nivel dentro de un intervalo de cero a 10mV (por ejemplo, lmV, mV, mV).

8 Representaciones DIGITALES En la representaci n digital las cantidades no se represen- tan por valores proporcionales, sino por s mbolos denominados d gitos. Para dar un ejemplo, consideremos el reloj (o cron metro) digital , el cual da la hora del d a en forma de d gitos decimales que representan horas o minutos (y algunas veces segundos). Como sabemos, la hora var a de manera continua, pero la lectura del cron metro digital no cambia continua- mente: m s bien, lo hace en etapas de uno por minuto (o por segundo). En otras palabras, esta representaci n digital de la hora del d a var a en etapas discretas, comparada con la representa- ci n anal gica de la hena que da un reloj de pulso, donde la lectura del cuadrante var a de modo continuo.

9 La diferencia principal entre las cantidades anal gicas y las DIGITALES se puede enunciar en forma simple de la manera siguiente: anal gico a continuo digital n discreto (paso por paso). SECCI N 1-1 / REPRESENTACIONES NUM RICAS 3. Debido a la naturaleza discreta de las representaciones DIGITALES , no existe ambig edad cuando se lee d valor de una cantidad digital , mientras que el valor de una cantidad anal gica con frecuencia est abierta a interpretaci n. EJEMPLO 1-1. Cu les de las siguientes cantidades son anal gicas y cu les son DIGITALES ? Interruptor Metro regular (e) Temperatura Granos de arena en la playa Control del volumen de una radio Soluci n: digital Anal gica Anal gica digital , ya que el n mero de granos s lo pueden ser ciertos valores discretos (enteros) y no cualquier valor en relaci n con un intervalo continuo (e) Anal gica PREGUNTA DE REPASO*.

10 1-2 SISTEMAS DIGITALES Y ANAL GICOS. Un sistema digital es una combinaci n de dispositivos dise ado para manipular cantidades f sicas o informaci n que est n representadas en forma digital ; es decir, que s lo puedan tomar valores discretos. La mayor a de las veces, estos dispositivos son electr nicos, pero tambi n pueden ser mec nicos, magn ticos o neum ticos. Algunos de los SISTEMAS DIGITALES m s cono- cidos incluyen las computadoras y calculadoras DIGITALES , equipo digital de audio y video y el sistema telef nico, el sistema digital , m s grande del mundo. Un sistema anal gico contiene dispositivos que manipulan cantidades f sicas represen- tadas en forma anal gica.