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TEMA III



     Circuitos Digitales


                       Electrónica II 2009-2010
                                        1




TEMA III
Circuitos Digitales
            g


3.1 REPRESENTACIÓN DE LA
     INFORMACIÓN
3.2
3 2 ALGEBRA DE BOOLE
3.3 MODULOS COMBINACIONALES
   BÁSICOS
                                        2




                                                  1
3.1 REPRESENTACIÓN DE LA
            INFORMACIÓN

 1.1   Del mundo analógico al digital.
 1.2   Sistemas digitales. Definición e historia.
 1.3   Sistemas de numeración.
 1.4   Números negativos.
 1.5
 15    Códigos binarios
               binarios.




                                                            3




Del mundo analógico al digital

 ◊     Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes
       de la misma se representan mediante valores discretos
       en lugar de variables continuas.

 ◊     La digitalización o conversión analógica-digital
       (conversión A/D) consiste básicamente en realizar de
       forma periódica medidas de la amplitud de la señal o de
       su frecuencia y traducirlas a un lenguaje numérico.

 ◊     La conversión A/D la realiza el MODULADOR.
                  ó

 ◊     La conversión D/A la realiza el DEMODULADOR.

 ◊     El MODEM realiza ambas funciones (MO-DEM).


                                                                 4




                                                                     2
Del mundo analógico al digital
Cuatro procesos que intervienen en la conversión A/D:

   ◊   Muestreo: periódicamente se toman muestras (Ej. de la
       amplitud de onda). La velocidad con que se toman las
       muestra (número de muestras por segundo) es la frecuencia
       de muestreo.
   ◊   Retención: las as muestras tomadas se retenidas
       (retención) el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel
       (cuantificación).
   ◊   Cuantificación: se mide el nivel de voltaje de cada una de
                     ó
       las muestras. Se asigna un margen de valor a un único nivel
       de salida.
   ◊   Codificación: se traducen los valores obtenidos a código
       binario.


                                                                         5




Del mundo analógico al digital




 Señal analógica  función matemática continua
 Amplitud y periodo  variable en función del tiempo


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                                                                             3
Del mundo analógico al digital




  Muestreo en amplitud : Consiste en tomar muestras periódicas
  de la amplitud de onda. La velocidad con que se toman las
  muestras o frecuencia de muestreo.


                                                                         7




Del mundo analógico al digital




Cuantificación: Se “discretiza” el nivel de voltaje de cada una de las
muestras.



                                                                         8




                                                                             4
Del mundo analógico al digital




Codificación: Consiste en traducir los valores muestreados a código
binario (binario puro, grey, BCD, etc)

                                                                       9




Del mundo analógico al digital
 Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon:
                         yq


 ◊   Para poder reconstruir la señal original de forma
     exacta a partir de sus muestras la frecuencia de
     muestreo debe ser mayor que dos veces el ancho de
     banda de la señal de entrada

 ◊   Para señales analógicas, el ancho de banda es la
     anchura, medida en hercios, del rango de frecuencias
     en el que se concentra la mayor parte de la potencia
     de la señal.



                                                                      10




                                                                           5
Ventajas de la señal digital
◊   La señal digital es más resistente al ruido y menos sensible
    que l analógica a las interferencias, etc.
        la     ló i     l i t f       i     t

◊   Ante la pérdida de cierta cantidad de información, la señal
    digital puede ser reconstruida gracias a los sistema de
    regeneración de señales (usados también para amplificarla,
    sin introducir distorsión).

◊   Cuentan con sistemas de detección y corrección de errores:
    ◊   Bit de paridad: permite detectar un número impar de
        erores.
    ◊   Código Hamming: permite corregir un error mediante 3 bit
        de paridad en códigos de 4 bits.
    ◊   Códigos polinomiales: basados en un poliomio generador.


                                                                   11




Ventajas de la señal digital

◊   Es posible introducir el valor de una muestra dañada
                                                  dañada,
    obteniendo el valor medio de las muestras adyacentes
    (interpolación).

◊   La señal digital permite la multigeneración infinita sin
    pérdidas de calidad.

◊   Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier
    operación es fácilmente realizable a través de cualquier
    software de edición o procesamiento de señal.




                                                                   12




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Inconvenientes de la señal digital
 ◊   La transmisión de señales digitales requiere una
     sincronización precisa entre los tiempos del reloj de
     transmisor, con respecto a los del receptor. Un desfase,
     por mínimo que sea, cambia por completo la señal.

 ◊   La señal digital requiere mayor ancho de banda para ser
     transmitida que la analógica.

 ◊   Se necesita una conversión analógica-digital previa y
     una decodificación posterior en el momento de la
                        posterior,
     recepción.




                                                                       13




 Sistemas digitales. Definición


 -Tipos de circuito de commutación:
     –    Combinacional: La salida depende de los valores actuales
          de la entrada.
     –    Secuencial: La salida depende de los valores que ha habido
          en la entrada tiene memoria.
 -Diseño lógico de circuitos combinacionales:
     1.   Deducir la tabla de verdad que describe su comportamiento
     2.
     2    Simplificar las ecuaciones del circuito (Karnaugh)
                                                  (Karnaugh).
     3.   Implementación utilizando puertas lógicas.
 -Diseño lógico de circuitos secuenciales:
     1.   Construir su tabla de estados
     2.   Implementación con biestables y circuitos combinacionales.



                                                                       14




                                                                            7
Sistemas digitales. Historia

-Primeros conmutadores: diodos de cristal y de tubos de vacío (1906).

-Transistor (TRT): más pequeño y fiable, de material semiconductor
     (1950).

-Circuitos integrados (CI): integran gran número de TRT´s
      (1961).
     Clasificación de los CI´s por número de TRT´s que llevan:
                          CI s                TRT s
          • SSI: pequeña escala de integración (1 .. 100 transistores).
          • MSI: media escala de integración (100 .. 1000 transistores).
          • LSI: gran escala de integración (1000 .. 10000 transistores).
          • VLSI: alta escala de integración (más de 10000 transistores).



                                                                            15




 Sistemas de numeración.

 DEFINICIÓN: i t
 DEFINICIÓN sistema que emplea un número determinado
                              l       ú      d t    i d
    de símbolos (dependiente de la base) para representar
    números.

 Cada dígito tendrá un valor determinado por la posición que
    ocupa.
                        n      n-1            0             -p
 Se cumple: Nb = anb+ an-1b + ... + a0b + ... + a-pb
      siendo:
                ai: símbolo del sistema de numeración,
                n+1: número de dígitos enteros y
                p: número de dígitos decimales



                                                                            16




                                                                                 8
Sistemas de numeración.

       DENOMINACIÓN: reciben diferentes nombres según su
         base:
            •Decimal (base 10). (Símbolos: 0..9). Dígito
                                       1                0        -1        -2
                Ej: 55,23 = 5*10 + 5*10 + 2*10 + 3*10
            •Binario (base 2). (Símbolos: 0,1). Bit.
                                   1               -2
               Ej: 10,01 = 1*2 + 1*2 = 2,25
            •Octal (base 8). (Símbolos: 0..7).
                               1               0            -1
                                                             1
               Ej: 65,4 = 6*8 + 5*8 + 4*8 = 53,5
            •Hexadecimal (base 16). (Símbolos: 0..9,A,B,C,D,E,F).
                                           1            0             -1
                Ej: A7,C = 10*16 + 7*16 + 12*16 = 167,75



                                                                                17




Sistemas de numeración.

CONVERSIÓN:
-Desde cualquier sistema a decimal:
     Sustitución serie: Aplicar la fórmula antes vista (por pesos).
-De decimal a otro sistema en base b:
    A. Parte entera del número a convertir:
         1. Dividir ésta entre b.
         2. El último cociente (última división) será el dígito de mayor peso
            (dígito más a la izquierda)
         3. El primer resto (primera división) será el de menor peso
             (dígito a la izquierda de la coma decimal)
                                               decimal).
    B. Para la parte fraccionaria:
         1. Multiplicar ésta por b.
         2. La parte entera de dicho producto es el siguiente dígito.
         3. Si es mayor que la unidad, se resta dicho valor.


                                                                                18




                                                                                     9
Sistemas de numeración.

EJEMPLO:
Pasar a binario el número decimal: 6,375.
    6/2=3 resto 0.             0 (bit de menor peso entero).
    3/2=1 resto 1.             1
    1/2=0 resto 1.             1 (bit de mayor peso entero).
    0,375*2=0,75.              0 (bit de mayor peso fraccionario).
    0,75*2=1,5.                1
    0,5*2=1.         1 (bit de menor peso fraccionario).
    Luego: 6,375 = 110,011
De binario a octal:
     Se agrupan los bits de tres en tres y se convierte cada grupo en un dígito
     octal.
De binario a hexadecimal:
     Las agrupaciones son de cuatro bits.


                                                                                  19




Aritmética binaria.
Es similar a la decimal, pero más sencilla:

               SUMA                                RESTA
       0   +   0   0                            0-0       0
       0   +   1   1                            0–1       1 y restamos 1 a la
       1   +   0   1                                      siguiente columna
       1   +   1   0 y acarreo 1 a la           1-0       1
                   siguiente columna            1–1       0


Las circuitos lógicos que realizan aritmética binaria son más
     sencillos que para aritmética decimal.




                                                                                  20




                                                                                       10
Aritmética binaria.

EJEMPLO:

Suma con 8 bits:
S          bit

           1310 = 00001101 +
           1110 = 00001011 =
                ----------------
                  00011000 = 2410

Sustración con 8 bits:

           1310 = 00001101 -
           1110 = 00001011 =
                 -------------
                 00000010 = 210




                                                       21




Sistemas de numeración.

             Decimal   Binario   Octal   Hexadecimal
                   0         0      0         0
                   1         1      1         1
                   2        10      2         2
                   3        11      3         3
                   4       100      4         4
                   5       101      5         5
                   6       110      6         6
                   7       111      7         7
                   8      1000     10         8
                   9      1001     11         9
                  10      1010     12        A
                  11      1011     13        B
                  12      1100     14        C
                  13      1101     15        D
                  14      1110     16        E
                  15      1111     17        F
                  16     10000     20        10


                                                       22




                                                            11
Códigos binarios.
   DEFINICIÓN:
   Utilizan los dígitos 0 y 1.

   Código binario natural: se codifica de forma directa.
         Con n bits se pueden representar 2**n combinaciones diferentes.
   Código BCD: se codifica cada dígito decimal (esto es, 0..9)
       directamente con un código binario.
         Se requieren al menos 4 bits por cada dígito decimal.

   Los códigos pueden tener las siguientes características:
         • Ponderado: el valor de cada bit depende de la posición que ocupe (peso).
                     Ej.: Binario natural.
         • Continuo: si los números decimales consecutivos tiene representaciones
               adyacentes, es decir, varían en un único bit.
                     Ej.: Gray o reflejado.
         • Cíclico: si la última representación es adyacente a la primera.
                     Ej.: Gray o reflejado.


                                                                                       23




  Códigos binarios.

  CONTROL DE ERRORES:
           -Paridad: detecta 1 error
            Paridad:
                ◊    Par: número par de 1s
                ◊    Impar: número impar de 1s                       Señal de error
           -Polinomiales: correctores


ASCII                              (ASCII + p. par)
                                                                              ASCII
             EMISOR                                       RECEPTOR
7 bits                                  8 bits                                7 bits




                                                                                       24




                                                                                            12
3.2 Algebra de BOOLE

2.1 Teoremas y propiedads.
2.2 Funciones: representación y
simplificación.
2.3 Funciones incompletamente
especificadas
2.4 Puertas lógicas


                                                          25




Algebra de Boole
 ◊   George Boole, desarrolló un sistema algebraico para
     formular proposiciones con 2 símbolos (1 y 0) y a tres
     operadores:

        AND (y)       -> producto lógico
        OR (o)        -> suma lógica
        NOT (no)

 ◊   Las variables Booleanas sólo toman los valores: 1 ó 0.

 ◊   Una variable Booleana representa un bit que quiere
     decir:
           Binary digIT


                                                               26




                                                                    13
Algebra de Boole
Operadores básicos :
◊   La función AND
    ◊   Si todas los dos operandos son “1”, la función vale “1”
    ◊   Si algún operando es “0”, la función vale“0”
◊   La función OR
    ◊   Si algún operando es “1”, la función vale “1”
    ◊   Si todos los operandos son “0”, la función vale “0”
◊   La función NOT
    ◊   Si el operando es “0”, la función vale “1”
                                       ó
    ◊   Si el operando es “1”, la función vale “0”

◊   La tabla de verdad se usa para especificar el
    comportamiento (función) de dispositivos digitales.


                                                                  27




Algebra de Boole
Teoremas básicos:

◊   Operaciones con 0 y 1:
          X+0=X            X·0=0
          X+1=1            X·1=X

◊   Idempotencia:
         X+X=X                  X·X=X

◊   Equivalencia:
    E i l      i
         (X’)’ = X

◊   Complementariedad:
         X + X’ = 1             X · X’ = 0

                                                                  28




                                                                       14
Algebra de Boole
Propiedades básicas:

◊   Conmutativa:

           XY = YX           X+Y=Y+X

◊   Asociativa:

           (XY)Z = X(YZ) = XYZ
           (X + Y) + Z = X + Y + Z

◊   Distributiva:

           X(Y + Z) = XY + XZ
           X + YZ = (X + Y)(X + Z)

                                                         29




Algebra de Boole
Leyes de Morgan
                                A B      A B A· B A· B
(XY)’ = X’ + Y’                  0   0   1   1   1   0
                                 0   1   1   0   0   1
(X + Y)’ = X’Y’                  1   0   0   1   0   1
                                 1   1   0   0   0   1


Convierte AND en OR
Convierte OR en AND



                                                         30




                                                              15
Algebra de Boole.
 Resumen de Propiedades

 Propiedad
 P i dd                         Versión
                                V ió “+”                 Versión “ “
                                                         V ió “.“
 P1. Conmutativa                 a+b=b+a                   ab = ba
 P2. Distributiva          a + (bc) = (a + b)(a + c)  a(b + c) = ab + ac
 P3. Asociativa           a+(b+c) = (a+b)+c = a+b+c a(bc) = (ab)c = abc
 P4. Idempotencia                 a+a=a                     aa = a
 P5. Complemento                  a+a = 1                  aa = 0
 P6. Elemento identidad           1+a=1                     0a = 0
 P7.
 P7 Elemento neutro               0+a=a                     1a = a
 P8. Involución o doble                          a =a
 complemento
 P9. Absorción                   a + ab = a               a(a+b) = a
 P10. Leyes de Morgan           ab= a b                 ab = a  b


                                                                           31




Tabla de verdad de una
función de conmutación

              Dominio
              D i i              Decimal
                                 D i l                   Rango
                                                         R
              x2 x1 x0          Equivalente            f(x2,x1,x0)
              0 0 0                  0                      0
              0 0 1                  1                      0
              0 1 0                  2                      1
              0 1 1                  3                      1
              1 0 0                  4                      1
              1 0 1                  5                      1
              1 1 0                  6                      1
              1 1 1                  7                      0

 Expresión de la función: suma de productos (1) o producto de sumas (0)    32




                                                                                16
Forma canónica de una
función de conmutación
 Suma de productos canónicos:

          f = x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0

 Producto de sumas canónicas:

          f = (x2+x1+x0)(x2+x1+x0)(x2+x1+x0)

 Suma de minterns:

          f = m(2,3,4,5,6)
                                                Mi = mi
 Producto de MAXTERNS:

          f=   M(0,1,7)

  Expresión de la función: suma de productos (1) o producto de sumas (0)   33




Composición de funciones de
conmutación

                      fAND
     00

     01                                  0          f NOT
                                                                     0
     10
                                         1                           1
     11




               fNOT (fAND (x1,x0)) = (1 1 1 0) = fNAND


                                                                           34




                                                                                17
Teoremas de simplificación
     ◊ Teorema 1:

                   XY + XY’ = X           (X + Y)(X + Y’) = X


     ◊ Teorema 2:

                   X + XY = X                    X(X + Y) = X
                                                  (     )


     ◊ Teorema 3:

                   (X + Y’)Y = XY                XY’ + Y = X + Y

                                                                        35




 Mapas de Karnaugh
 de una y dos variables
               x
                            0                                  0
               0
                            1                                  1
               1                                       x

                                 Notaciones alternativas
              x0 0                                             x0
                            1
         x1           0           1                        0        1
                     (00)       (01)
          0
                      2           3                        2        3
          1        (10)         (11)              x1



Minterm: cada término producto en FC, Maxterm: cada término suma en FC
                                                                     36




                                                                             18
Mapas de Karnaugh
 de tres y cuatro variables
                                                                         x1 x 0
                                                                x3 x 2            00             01        11         10
                                                                                        0             1          3             2
                                                                    00

                                                                                        4             5          7             6
     x1 x 0
                                                                    01
x2            00         01             11           10
                    0          1             3            2                            12             13        15             14
     0
                                                                    11
                    4          5             7            6                             8             9         11             10
     1
                                                                    10

                   a) Tres variables                                                        b) Cuatro variables

                                                                                                                                    37




 Representación de FC en mapas
 de Karnaugh. Minterms

                                                                         f(x3,x2,x1,x0) = m(0 2 6 7 8 9 10 14 15)
                                                                              x x x       m(0,2,6,7,8,9,10,14,15)

                    f(x2,x1,x0) = m(0,3,7)
                                                                             x1x0
                                                                     x3x 2             00        01        11        10
                        m0   = x2 x1x0                                                      0          1        3         2
                                                 m3 =x2 x1 x0              00
              x1 x000          01        11          10
          x2                                                                                4          5        7         6
                         0          1            3        2                01
            0
                                                                                            12        13        15    14
                         4          5            7        6                11
               1
                                                                                            8          9        11        10
                    m7 = x2 x1 x0                                          10



                                                                                                                                    38




                                                                                                                                         19
Simplificación de FC sobre
mapas de Karnaugh
               f(x3,x2,x1,x0) = m (2,3,6,7)                                             f(x3,x2,x1,x0 ) = m(0,2,6,7,8,9,10,14,15)
          x1 x 0                                                                              x1 x 0
 x3 x 2            00          01             11           10                       x3 x 2             00           01             11            10
                        0             1            3             2                                           0             1             3             2
      00                                                                                     00

                        4             5            7             6                                           4             5             7             6
      01                                                                                     01

                        12          13            15           14                                           12            13           15            14
      11                                                                                     11
                        8             9            11           10                                           8             9            11           10
      10                                                                                     10


f ( x 3 x 2 x1 x 0 )  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0              f ( x 3 ,x 2 ,x 1 ,x 0 )= x 2 x1  x 2 x 0  x 3 x 2 x1
          x 3 x1 ( x 2 x 0  x 2 x 0  x 2 x 0  x 2 x 0 ) 
          x 3 x 1 ( x 2 ( x 0  x 0 )  x 2 ( x 0  x 0 ))  x 3 x 1


        Principal implicado: cada agrupación que será un término producto                                                                                             39




Estrategias de simplificación
                                              f(x2,x1,x0) = m(1,3,4,5)

     x1 x 0                                                                                       x1 x 0
x2         00                   01               11                10                        x2              00                01                11              10
                        0                 1               3                2                                          0                 1                  3          2
     0                                                                                            0

                        4                 5               7                6                                          4                 5                  7          6
     1                                                                                            1




     f ( x2 ,x1,x0 )= x1 x0  x2 x1  x2 x0                                                                    f ( x2 ,x1,x0 )= x 2 x1  x2 x0
        Mínimo número de principales implicados lo más grande posible                                                                                                 40




                                                                                                                                                                           20
Estrategias de simplificación
                                                                             f(x2,x1,x0) = m(1,3,4,5)
                               x1x 0
                            x2     00           01        11        10
                                           0         1         3         2
                                 0

                                           4         5         7         6        x1 x 0
                                 1
                                                                             x2            00         01             11             10
                 x1x 0
              x2      00         01        11        10                                         0          1               3             2
                   0
                             0        1         3         2                       0

                            4         5         7         6
                   1                                                                            4          5               7             6
    x1x 0                                                                         1
 x2      00        01       11        10
              0         1        3         2
    0

              4         5        7         6
    1

                                                                              f ( x2 ,x1,x0 )= x 2 x1  x2 x0
   f ( x2 ,x1,x0 )= x1 x0  x2 x1  x2 x0
                                                                                                                                          41




Funciones de cinco variables
         x1 x 0
x3 x 2            00            01              11             10                               00         01             11         10
                        0             1              3              2                                16         17             19         18
    00                                                                                00

                        4             5              7              6                                20         21             23         22
    01                                                                                01

                       12            13              15             14                               28         29             31         30
    11                                                                                11

                        8             9              11             10                               24         25             27         26
    10                                                                                10

                                     x4 = 0                                                                 x4 = 1

                            f(x4,x3,x2,x1,x0) = m (5,8,9,10,11,18,21,22,24,25,26,27)                                                     42




                                                                                                                                               21
Mapa de Karnaugh para FC
de 6 variables
                       x1x0                                                          x1x0
                x3x2            00          01        11           10                       00         01        11         10
                                                 1         3            2
                                                                              x3x2
                                       0                                                         16         17        19         18
                      00                                                        00
                                       4         5         7            6                        20         21        23         22
                      01                                                        01
                                                                                                                                           x5 = 0
                                       12        13        15                                    28         29        31         30
                      11                                                14
                                                                                11
                                       8         9         11           10                       24         25        27         26
                      10                                                        10

                           x1x0                                                      x1x0
                                  00        01        11           10         x3x2          00        01         11         10
                    x3x2                                                                                                         50
                                       32        33         35           34                      48         49        51
                      00                                                        00
                                       36        37         39           38                      52         53        55         54
                      01                                                        01
                                                                                                                                       x5 = 1
                                       44        45        47           46                       60         61        63         62
                      11                                                        11
                                       40        41         43          42                       56         57        58         58
                      10                                                        10

                                             x4 = 0                                                         x4 = 1




                                                                                                                                                              43




Representación de FC en mapas
de Karnaugh. Maxterms
                                                                                f(x3,x2,x1,x0) = M(0,2,6,7,8,9,10,14,15)
       f(x2,x1,x0) = M(0,3,7)
                                                                                                              = m(1,3,4,5,11,12,13)
                                                                                                                  (1 3 4 5 11 12 13)
                           = m(1,2,4,5,6)

                                                                                        x1x0
                                                                               x3x 2                  00             01               11            10
         M0     =   x2 +x 1 +x0             M3 = x2+ x + x0
                                                      1                                                     0              1                3            2
  x1 x000                                                                             00
                    01                 11             10
 x2                                                                                                         4              5                7            6
            0               1               3                  2                      01
   0
                                                                                                           12              13              15        14
            4               5               7                  6                      11
  1
                                                                                                            8              9               11            10
       M7 = x2+x + x0
                1                                                                     10



                                                                                                                                                              44




                                                                                                                                                                   22
Funciones incompletamente
especificadas: ejemplos
 •Ejemplo 1:
    j p                                               •Ejemplo 2: cara o cruz
                                                       Ejemplo
 f(x2,x1,x0) = (1 1 0 0 0 d 0 d)
                                                                                 x2

 Tabla de verdad:                                                Dado
                                                      P                          x1         f
  x2    x1     x0              f                              electrónico             CC
                                                                                 x0
  0     0      0               1
  0     0      1               1
  0     1      0               0
  0     1      1               0
  1     0      0               0
                                                          f(x2,x1,x0) = (d 0 1 0 1 0 1 d)
  1     0      1               d
  1     1      0               0
  1     1      1               d


                                                                                            45




Simplificación de FC
incompletamente especificadas
                      x1 x 0
             x3 x 2            00           01        11             10
                                       0         1            3             2
                 00                d         d                         d
                                       4         5            7             6
                 01

                                       12        13           15            14
                 11
                                       8         9            11            10
                 10                         d             d            d

         f(x3,x2,x1,x0) = m (5,6,8,12,14) + d (0,1,2,9,10,11)                             46




                                                                                                 23
Binario como Voltaje
Las señales digitales tienen 2 estados:
              g

        1 lógico “high”, or H, or “on”
        0 lógico “low”, or L, or “off”


Utilizamos Voltajes como valores lógicos:
        Si hay corriente (Vcc or Vdd) = 1
        Cero Volts or tierra (gnd or Vss) = 0



     Un simple switch es un 1 lógico (high) o un 0 lógico (low).



                                                                     47




Un Simple Switch
  ◊ Un simple switch usado p
           p               para p p
                                proporcionar
    un valor lógico:
        Vcc                              Vcc

                           Vcc, or 1                     Gnd, or 0




  ◊Un buen ejemplo binario es una luz
  (on or off)

                                                                     48




                                                                          24
Puertas lógicas

         Inversor




                    49




Puertas lógicas

 AND




  OR


                    50




                         25
Puertas lógicas

NAND




NOR



                  51




Puertas lógicas


XOR




XNOR


                  52




                       26
3.3 MODULOS COMBINACIONALES
   BASICOS.


 3.1 Comparadores.
 3.2 Sumadores y Semisumadores




                                                                 53




Especificación de un comparador
 ◊ Especificación en alto nivel
                                            Z        Condición
    A
            COMPARADOR       Z
                                           MA         si A > B
    B                                      MB         si A < B
                                           IG         si A = B
 ◊ Codificación:
        A     a1   a0    B       b1   b0         Z     z1   z0
        0     0    0     0       0    0         MA     0    0
        1     0    1     1       0    1         MB     0    1
        2     1    0     2       1    0         IG     1    0
        3     1    1     3       1    1




                                                                 54




                                                                      27
Especificación binaria
 ◊ Función de conmutación:
      a1    a0   b1   b0   z1       z0       a1     a0   b1   b0   z1    z0
      0     0    0     0    1       0        1       0   0     0   0     0
      0     0    0     1    0       1        1       0   0     1   0     0
      0     0    1     0    0       1        1       0   1     0   1     0
      0     0    1     1    0       1        1       0   1     1   0     1
      0     1    0     0    0       0        1       1   0     0   0     0
      0     1    0     1    1       0        1       1   0     1   0     0
      0     1    1     0    0       1        1       1   1     0   0     0
      0     1    1     1    0       1        1       1   1     1   1     0




 ◊ Ecuación de conmutación :
                 z1 (a1,a0,b1,b0) = m (0,5,10,15)
                 z0 (a1,a0,b1,b0) = m (1,2,3,6,7,11)




                                                                                      55




Suma de dos números
 ◊ Función de conmutación:

                                           TV del sumador para operandos de 4 bits

                                                  a3a2a1a0    b3b2b1b0   s4s3s2s1s0
  A
           SUMADOR              S                  0000        0000        00000
  B                                                0000        0001        00001
                                                   0000        0010        00010
                                                     ....        ....        ....
                                                     ....        ....        ....
                                                   1111        1111        11110




                                                                                      56




                                                                                           28
Sumador
◊ Suma de dos números de 4 bits:
            Ejecución de la suma por columnas

       1       1    1                arrastres
       c3      c2   c1    c0
                                                    s0 = a0 + b0 (suma base 2)
  A=           1    0     1    1     operando 1
               a3   a2    a1   a0                   si = ai + bi + ci-1 (suma base 2,
                                                     i = 1,3)
  B
  B=           0    1     1    0     operando2
                                      operando 2    s4 = c3
               b3   b2    b1   b0


  S=   1       0    0     0    1     resultado
       s4      s3   s2    s1   s0




                                                                                        57




Semisumador
 Tabla de Verdad
 x y    C S                                        Implementación
 0 0    0 0
 0 1    0 1                              X                     A
                                                                            Y           S
                                                                    XOR 2
 1 0    0 1                              Y                     B
 1 1    1 0

Equationes Lógicas:                                             A
                                                                    AND 2
                                                                            Y           C
                                                                B
C = x • y
S = x  y

                                                                                        58




                                                                                             29
Sumador
Sumador Total o Completo
                             Tabla de Verdad
  A
                  COUT       A B CIN COUT S
                             0   0   0    0   0
  B                          0   0   1    0   1
       SUMADOR               0   1   0    0   1
        TOTAL     S          0   1   1    1   0
 CIN
                             1   0   0    0   1
                             1   0   1    1   0
                             1   1   0    1   0
                             1   1   1    1   1




                                                         59




Sumador
Sumador Total o Completo:



Equationes Lógicas:                  Implementación:
                             A
COUT = A•B + A•CIN + B•CIN                        S
                             B
COUT = (A  B)•CIN + A•B
                             CIN                  COUT
S = A  B  CIN




                                                         60




                                                              30
Sumador
 Sumador de 4 bits

         a3        b3        a2        b2        a1        b1        a0      b0

   SUM


    c3                  c2                  c1                  c0
          SC                  SC                   SC                     SS




   s4         s3                  s2                  s1                  s0



                                                                                        61




Sumador/restador binario
para números de 4 bits en C2

                         a3 a2 a1 a0             b3 b2 b1 b0



                                                           F                      S/R
                                                  (Paso / C a 1)



                                                 x3 x2 x1 x0
  c3                                    SUMADOR                       c -1



                                   s3 s2 s1 s0


                                                                                        62




                                                                                             31
Generación del segundo
operando

                       b3                    b2                       b1                   b0

                                                                                                                      S/R



         F

                           x3                       x2                x1                   x0




                                                                                                                                 63




Sumador/restador binario de
16 bits en C2

     a 15 - a 12   b 15 - b 12      a 11- a 8        b 11- b 8    a7 - a4       b7 - b 4        a3 - a0       b3 - b0

         4         4                    4           4                 4         4                  4          4


                       F                                F                           F                             F
                                                                                                                           S/R

  c 15                           c 11                            c7                         c3
          SUMADOR                       SUMADOR                        SUMADOR                     SUMADOR              c -1

              4                                 4                           4                             4

             s 15 - s 12                    s 11- s 8                      s7 - s4                     s3 - s0




                                                                                                                                 64




                                                                                                                                      32

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Algebra de boole

  • 1. TEMA III Circuitos Digitales Electrónica II 2009-2010 1 TEMA III Circuitos Digitales g 3.1 REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN 3.2 3 2 ALGEBRA DE BOOLE 3.3 MODULOS COMBINACIONALES BÁSICOS 2 1
  • 2. 3.1 REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN 1.1 Del mundo analógico al digital. 1.2 Sistemas digitales. Definición e historia. 1.3 Sistemas de numeración. 1.4 Números negativos. 1.5 15 Códigos binarios binarios. 3 Del mundo analógico al digital ◊ Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes de la misma se representan mediante valores discretos en lugar de variables continuas. ◊ La digitalización o conversión analógica-digital (conversión A/D) consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud de la señal o de su frecuencia y traducirlas a un lenguaje numérico. ◊ La conversión A/D la realiza el MODULADOR. ó ◊ La conversión D/A la realiza el DEMODULADOR. ◊ El MODEM realiza ambas funciones (MO-DEM). 4 2
  • 3. Del mundo analógico al digital Cuatro procesos que intervienen en la conversión A/D: ◊ Muestreo: periódicamente se toman muestras (Ej. de la amplitud de onda). La velocidad con que se toman las muestra (número de muestras por segundo) es la frecuencia de muestreo. ◊ Retención: las as muestras tomadas se retenidas (retención) el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). ◊ Cuantificación: se mide el nivel de voltaje de cada una de ó las muestras. Se asigna un margen de valor a un único nivel de salida. ◊ Codificación: se traducen los valores obtenidos a código binario. 5 Del mundo analógico al digital Señal analógica  función matemática continua Amplitud y periodo  variable en función del tiempo 6 3
  • 4. Del mundo analógico al digital Muestreo en amplitud : Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toman las muestras o frecuencia de muestreo. 7 Del mundo analógico al digital Cuantificación: Se “discretiza” el nivel de voltaje de cada una de las muestras. 8 4
  • 5. Del mundo analógico al digital Codificación: Consiste en traducir los valores muestreados a código binario (binario puro, grey, BCD, etc) 9 Del mundo analógico al digital Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon: yq ◊ Para poder reconstruir la señal original de forma exacta a partir de sus muestras la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada ◊ Para señales analógicas, el ancho de banda es la anchura, medida en hercios, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. 10 5
  • 6. Ventajas de la señal digital ◊ La señal digital es más resistente al ruido y menos sensible que l analógica a las interferencias, etc. la ló i l i t f i t ◊ Ante la pérdida de cierta cantidad de información, la señal digital puede ser reconstruida gracias a los sistema de regeneración de señales (usados también para amplificarla, sin introducir distorsión). ◊ Cuentan con sistemas de detección y corrección de errores: ◊ Bit de paridad: permite detectar un número impar de erores. ◊ Código Hamming: permite corregir un error mediante 3 bit de paridad en códigos de 4 bits. ◊ Códigos polinomiales: basados en un poliomio generador. 11 Ventajas de la señal digital ◊ Es posible introducir el valor de una muestra dañada dañada, obteniendo el valor medio de las muestras adyacentes (interpolación). ◊ La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad. ◊ Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal. 12 6
  • 7. Inconvenientes de la señal digital ◊ La transmisión de señales digitales requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj de transmisor, con respecto a los del receptor. Un desfase, por mínimo que sea, cambia por completo la señal. ◊ La señal digital requiere mayor ancho de banda para ser transmitida que la analógica. ◊ Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior en el momento de la posterior, recepción. 13 Sistemas digitales. Definición -Tipos de circuito de commutación: – Combinacional: La salida depende de los valores actuales de la entrada. – Secuencial: La salida depende de los valores que ha habido en la entrada tiene memoria. -Diseño lógico de circuitos combinacionales: 1. Deducir la tabla de verdad que describe su comportamiento 2. 2 Simplificar las ecuaciones del circuito (Karnaugh) (Karnaugh). 3. Implementación utilizando puertas lógicas. -Diseño lógico de circuitos secuenciales: 1. Construir su tabla de estados 2. Implementación con biestables y circuitos combinacionales. 14 7
  • 8. Sistemas digitales. Historia -Primeros conmutadores: diodos de cristal y de tubos de vacío (1906). -Transistor (TRT): más pequeño y fiable, de material semiconductor (1950). -Circuitos integrados (CI): integran gran número de TRT´s (1961). Clasificación de los CI´s por número de TRT´s que llevan: CI s TRT s • SSI: pequeña escala de integración (1 .. 100 transistores). • MSI: media escala de integración (100 .. 1000 transistores). • LSI: gran escala de integración (1000 .. 10000 transistores). • VLSI: alta escala de integración (más de 10000 transistores). 15 Sistemas de numeración. DEFINICIÓN: i t DEFINICIÓN sistema que emplea un número determinado l ú d t i d de símbolos (dependiente de la base) para representar números. Cada dígito tendrá un valor determinado por la posición que ocupa. n n-1 0 -p Se cumple: Nb = anb+ an-1b + ... + a0b + ... + a-pb siendo: ai: símbolo del sistema de numeración, n+1: número de dígitos enteros y p: número de dígitos decimales 16 8
  • 9. Sistemas de numeración. DENOMINACIÓN: reciben diferentes nombres según su base: •Decimal (base 10). (Símbolos: 0..9). Dígito 1 0 -1 -2 Ej: 55,23 = 5*10 + 5*10 + 2*10 + 3*10 •Binario (base 2). (Símbolos: 0,1). Bit. 1 -2 Ej: 10,01 = 1*2 + 1*2 = 2,25 •Octal (base 8). (Símbolos: 0..7). 1 0 -1 1 Ej: 65,4 = 6*8 + 5*8 + 4*8 = 53,5 •Hexadecimal (base 16). (Símbolos: 0..9,A,B,C,D,E,F). 1 0 -1 Ej: A7,C = 10*16 + 7*16 + 12*16 = 167,75 17 Sistemas de numeración. CONVERSIÓN: -Desde cualquier sistema a decimal: Sustitución serie: Aplicar la fórmula antes vista (por pesos). -De decimal a otro sistema en base b: A. Parte entera del número a convertir: 1. Dividir ésta entre b. 2. El último cociente (última división) será el dígito de mayor peso (dígito más a la izquierda) 3. El primer resto (primera división) será el de menor peso (dígito a la izquierda de la coma decimal) decimal). B. Para la parte fraccionaria: 1. Multiplicar ésta por b. 2. La parte entera de dicho producto es el siguiente dígito. 3. Si es mayor que la unidad, se resta dicho valor. 18 9
  • 10. Sistemas de numeración. EJEMPLO: Pasar a binario el número decimal: 6,375. 6/2=3 resto 0. 0 (bit de menor peso entero). 3/2=1 resto 1. 1 1/2=0 resto 1. 1 (bit de mayor peso entero). 0,375*2=0,75. 0 (bit de mayor peso fraccionario). 0,75*2=1,5. 1 0,5*2=1. 1 (bit de menor peso fraccionario). Luego: 6,375 = 110,011 De binario a octal: Se agrupan los bits de tres en tres y se convierte cada grupo en un dígito octal. De binario a hexadecimal: Las agrupaciones son de cuatro bits. 19 Aritmética binaria. Es similar a la decimal, pero más sencilla: SUMA RESTA 0 + 0 0 0-0 0 0 + 1 1 0–1 1 y restamos 1 a la 1 + 0 1 siguiente columna 1 + 1 0 y acarreo 1 a la 1-0 1 siguiente columna 1–1 0 Las circuitos lógicos que realizan aritmética binaria son más sencillos que para aritmética decimal. 20 10
  • 11. Aritmética binaria. EJEMPLO: Suma con 8 bits: S bit 1310 = 00001101 + 1110 = 00001011 = ---------------- 00011000 = 2410 Sustración con 8 bits: 1310 = 00001101 - 1110 = 00001011 = ------------- 00000010 = 210 21 Sistemas de numeración. Decimal Binario Octal Hexadecimal 0 0 0 0 1 1 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10 22 11
  • 12. Códigos binarios. DEFINICIÓN: Utilizan los dígitos 0 y 1. Código binario natural: se codifica de forma directa. Con n bits se pueden representar 2**n combinaciones diferentes. Código BCD: se codifica cada dígito decimal (esto es, 0..9) directamente con un código binario. Se requieren al menos 4 bits por cada dígito decimal. Los códigos pueden tener las siguientes características: • Ponderado: el valor de cada bit depende de la posición que ocupe (peso). Ej.: Binario natural. • Continuo: si los números decimales consecutivos tiene representaciones adyacentes, es decir, varían en un único bit. Ej.: Gray o reflejado. • Cíclico: si la última representación es adyacente a la primera. Ej.: Gray o reflejado. 23 Códigos binarios. CONTROL DE ERRORES: -Paridad: detecta 1 error Paridad: ◊ Par: número par de 1s ◊ Impar: número impar de 1s Señal de error -Polinomiales: correctores ASCII (ASCII + p. par) ASCII EMISOR RECEPTOR 7 bits 8 bits 7 bits 24 12
  • 13. 3.2 Algebra de BOOLE 2.1 Teoremas y propiedads. 2.2 Funciones: representación y simplificación. 2.3 Funciones incompletamente especificadas 2.4 Puertas lógicas 25 Algebra de Boole ◊ George Boole, desarrolló un sistema algebraico para formular proposiciones con 2 símbolos (1 y 0) y a tres operadores: AND (y) -> producto lógico OR (o) -> suma lógica NOT (no) ◊ Las variables Booleanas sólo toman los valores: 1 ó 0. ◊ Una variable Booleana representa un bit que quiere decir: Binary digIT 26 13
  • 14. Algebra de Boole Operadores básicos : ◊ La función AND ◊ Si todas los dos operandos son “1”, la función vale “1” ◊ Si algún operando es “0”, la función vale“0” ◊ La función OR ◊ Si algún operando es “1”, la función vale “1” ◊ Si todos los operandos son “0”, la función vale “0” ◊ La función NOT ◊ Si el operando es “0”, la función vale “1” ó ◊ Si el operando es “1”, la función vale “0” ◊ La tabla de verdad se usa para especificar el comportamiento (función) de dispositivos digitales. 27 Algebra de Boole Teoremas básicos: ◊ Operaciones con 0 y 1: X+0=X X·0=0 X+1=1 X·1=X ◊ Idempotencia: X+X=X X·X=X ◊ Equivalencia: E i l i (X’)’ = X ◊ Complementariedad: X + X’ = 1 X · X’ = 0 28 14
  • 15. Algebra de Boole Propiedades básicas: ◊ Conmutativa: XY = YX X+Y=Y+X ◊ Asociativa: (XY)Z = X(YZ) = XYZ (X + Y) + Z = X + Y + Z ◊ Distributiva: X(Y + Z) = XY + XZ X + YZ = (X + Y)(X + Z) 29 Algebra de Boole Leyes de Morgan A B A B A· B A· B (XY)’ = X’ + Y’ 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 (X + Y)’ = X’Y’ 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 Convierte AND en OR Convierte OR en AND 30 15
  • 16. Algebra de Boole. Resumen de Propiedades Propiedad P i dd Versión V ió “+” Versión “ “ V ió “.“ P1. Conmutativa a+b=b+a ab = ba P2. Distributiva a + (bc) = (a + b)(a + c) a(b + c) = ab + ac P3. Asociativa a+(b+c) = (a+b)+c = a+b+c a(bc) = (ab)c = abc P4. Idempotencia a+a=a aa = a P5. Complemento a+a = 1 aa = 0 P6. Elemento identidad 1+a=1 0a = 0 P7. P7 Elemento neutro 0+a=a 1a = a P8. Involución o doble a =a complemento P9. Absorción a + ab = a a(a+b) = a P10. Leyes de Morgan ab= a b ab = a  b 31 Tabla de verdad de una función de conmutación Dominio D i i Decimal D i l Rango R x2 x1 x0 Equivalente f(x2,x1,x0) 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 1 0 1 1 3 1 1 0 0 4 1 1 0 1 5 1 1 1 0 6 1 1 1 1 7 0 Expresión de la función: suma de productos (1) o producto de sumas (0) 32 16
  • 17. Forma canónica de una función de conmutación Suma de productos canónicos: f = x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0 + x2x1x0 Producto de sumas canónicas: f = (x2+x1+x0)(x2+x1+x0)(x2+x1+x0) Suma de minterns: f = m(2,3,4,5,6) Mi = mi Producto de MAXTERNS: f= M(0,1,7) Expresión de la función: suma de productos (1) o producto de sumas (0) 33 Composición de funciones de conmutación fAND 00 01 0 f NOT 0 10 1 1 11 fNOT (fAND (x1,x0)) = (1 1 1 0) = fNAND 34 17
  • 18. Teoremas de simplificación ◊ Teorema 1: XY + XY’ = X (X + Y)(X + Y’) = X ◊ Teorema 2: X + XY = X X(X + Y) = X ( ) ◊ Teorema 3: (X + Y’)Y = XY XY’ + Y = X + Y 35 Mapas de Karnaugh de una y dos variables x 0 0 0 1 1 1 x Notaciones alternativas x0 0 x0 1 x1 0 1 0 1 (00) (01) 0 2 3 2 3 1 (10) (11) x1 Minterm: cada término producto en FC, Maxterm: cada término suma en FC 36 18
  • 19. Mapas de Karnaugh de tres y cuatro variables x1 x 0 x3 x 2 00 01 11 10 0 1 3 2 00 4 5 7 6 x1 x 0 01 x2 00 01 11 10 0 1 3 2 12 13 15 14 0 11 4 5 7 6 8 9 11 10 1 10 a) Tres variables b) Cuatro variables 37 Representación de FC en mapas de Karnaugh. Minterms f(x3,x2,x1,x0) = m(0 2 6 7 8 9 10 14 15) x x x m(0,2,6,7,8,9,10,14,15) f(x2,x1,x0) = m(0,3,7) x1x0 x3x 2 00 01 11 10 m0 = x2 x1x0 0 1 3 2 m3 =x2 x1 x0 00 x1 x000 01 11 10 x2 4 5 7 6 0 1 3 2 01 0 12 13 15 14 4 5 7 6 11 1 8 9 11 10 m7 = x2 x1 x0 10 38 19
  • 20. Simplificación de FC sobre mapas de Karnaugh f(x3,x2,x1,x0) = m (2,3,6,7) f(x3,x2,x1,x0 ) = m(0,2,6,7,8,9,10,14,15) x1 x 0 x1 x 0 x3 x 2 00 01 11 10 x3 x 2 00 01 11 10 0 1 3 2 0 1 3 2 00 00 4 5 7 6 4 5 7 6 01 01 12 13 15 14 12 13 15 14 11 11 8 9 11 10 8 9 11 10 10 10 f ( x 3 x 2 x1 x 0 )  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0  x 3 x 2 x1 x 0  f ( x 3 ,x 2 ,x 1 ,x 0 )= x 2 x1  x 2 x 0  x 3 x 2 x1  x 3 x1 ( x 2 x 0  x 2 x 0  x 2 x 0  x 2 x 0 )   x 3 x 1 ( x 2 ( x 0  x 0 )  x 2 ( x 0  x 0 ))  x 3 x 1 Principal implicado: cada agrupación que será un término producto 39 Estrategias de simplificación f(x2,x1,x0) = m(1,3,4,5) x1 x 0 x1 x 0 x2 00 01 11 10 x2 00 01 11 10 0 1 3 2 0 1 3 2 0 0 4 5 7 6 4 5 7 6 1 1 f ( x2 ,x1,x0 )= x1 x0  x2 x1  x2 x0 f ( x2 ,x1,x0 )= x 2 x1  x2 x0 Mínimo número de principales implicados lo más grande posible 40 20
  • 21. Estrategias de simplificación f(x2,x1,x0) = m(1,3,4,5) x1x 0 x2 00 01 11 10 0 1 3 2 0 4 5 7 6 x1 x 0 1 x2 00 01 11 10 x1x 0 x2 00 01 11 10 0 1 3 2 0 0 1 3 2 0 4 5 7 6 1 4 5 7 6 x1x 0 1 x2 00 01 11 10 0 1 3 2 0 4 5 7 6 1 f ( x2 ,x1,x0 )= x 2 x1  x2 x0 f ( x2 ,x1,x0 )= x1 x0  x2 x1  x2 x0 41 Funciones de cinco variables x1 x 0 x3 x 2 00 01 11 10 00 01 11 10 0 1 3 2 16 17 19 18 00 00 4 5 7 6 20 21 23 22 01 01 12 13 15 14 28 29 31 30 11 11 8 9 11 10 24 25 27 26 10 10 x4 = 0 x4 = 1 f(x4,x3,x2,x1,x0) = m (5,8,9,10,11,18,21,22,24,25,26,27) 42 21
  • 22. Mapa de Karnaugh para FC de 6 variables x1x0 x1x0 x3x2 00 01 11 10 00 01 11 10 1 3 2 x3x2 0 16 17 19 18 00 00 4 5 7 6 20 21 23 22 01 01 x5 = 0 12 13 15 28 29 31 30 11 14 11 8 9 11 10 24 25 27 26 10 10 x1x0 x1x0 00 01 11 10 x3x2 00 01 11 10 x3x2 50 32 33 35 34 48 49 51 00 00 36 37 39 38 52 53 55 54 01 01 x5 = 1 44 45 47 46 60 61 63 62 11 11 40 41 43 42 56 57 58 58 10 10 x4 = 0 x4 = 1 43 Representación de FC en mapas de Karnaugh. Maxterms f(x3,x2,x1,x0) = M(0,2,6,7,8,9,10,14,15) f(x2,x1,x0) = M(0,3,7) = m(1,3,4,5,11,12,13) (1 3 4 5 11 12 13) = m(1,2,4,5,6) x1x0 x3x 2 00 01 11 10 M0 = x2 +x 1 +x0 M3 = x2+ x + x0 1 0 1 3 2 x1 x000 00 01 11 10 x2 4 5 7 6 0 1 3 2 01 0 12 13 15 14 4 5 7 6 11 1 8 9 11 10 M7 = x2+x + x0 1 10 44 22
  • 23. Funciones incompletamente especificadas: ejemplos •Ejemplo 1: j p •Ejemplo 2: cara o cruz Ejemplo f(x2,x1,x0) = (1 1 0 0 0 d 0 d) x2 Tabla de verdad: Dado P x1 f x2 x1 x0 f electrónico CC x0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 f(x2,x1,x0) = (d 0 1 0 1 0 1 d) 1 0 1 d 1 1 0 0 1 1 1 d 45 Simplificación de FC incompletamente especificadas x1 x 0 x3 x 2 00 01 11 10 0 1 3 2 00 d d d 4 5 7 6 01 12 13 15 14 11 8 9 11 10 10 d d d f(x3,x2,x1,x0) = m (5,6,8,12,14) + d (0,1,2,9,10,11) 46 23
  • 24. Binario como Voltaje Las señales digitales tienen 2 estados: g 1 lógico “high”, or H, or “on” 0 lógico “low”, or L, or “off” Utilizamos Voltajes como valores lógicos: Si hay corriente (Vcc or Vdd) = 1 Cero Volts or tierra (gnd or Vss) = 0 Un simple switch es un 1 lógico (high) o un 0 lógico (low). 47 Un Simple Switch ◊ Un simple switch usado p p para p p proporcionar un valor lógico: Vcc Vcc Vcc, or 1 Gnd, or 0 ◊Un buen ejemplo binario es una luz (on or off) 48 24
  • 25. Puertas lógicas Inversor 49 Puertas lógicas AND OR 50 25
  • 26. Puertas lógicas NAND NOR 51 Puertas lógicas XOR XNOR 52 26
  • 27. 3.3 MODULOS COMBINACIONALES BASICOS. 3.1 Comparadores. 3.2 Sumadores y Semisumadores 53 Especificación de un comparador ◊ Especificación en alto nivel Z Condición A COMPARADOR Z MA si A > B B MB si A < B IG si A = B ◊ Codificación: A a1 a0 B b1 b0 Z z1 z0 0 0 0 0 0 0 MA 0 0 1 0 1 1 0 1 MB 0 1 2 1 0 2 1 0 IG 1 0 3 1 1 3 1 1 54 27
  • 28. Especificación binaria ◊ Función de conmutación: a1 a0 b1 b0 z1 z0 a1 a0 b1 b0 z1 z0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 ◊ Ecuación de conmutación : z1 (a1,a0,b1,b0) = m (0,5,10,15) z0 (a1,a0,b1,b0) = m (1,2,3,6,7,11) 55 Suma de dos números ◊ Función de conmutación: TV del sumador para operandos de 4 bits a3a2a1a0 b3b2b1b0 s4s3s2s1s0 A SUMADOR S 0000 0000 00000 B 0000 0001 00001 0000 0010 00010 .... .... .... .... .... .... 1111 1111 11110 56 28
  • 29. Sumador ◊ Suma de dos números de 4 bits: Ejecución de la suma por columnas 1 1 1  arrastres c3 c2 c1 c0 s0 = a0 + b0 (suma base 2) A= 1 0 1 1  operando 1 a3 a2 a1 a0 si = ai + bi + ci-1 (suma base 2,  i = 1,3) B B= 0 1 1 0  operando2 operando 2 s4 = c3 b3 b2 b1 b0 S= 1 0 0 0 1  resultado s4 s3 s2 s1 s0 57 Semisumador Tabla de Verdad x y C S Implementación 0 0 0 0 0 1 0 1 X A Y S XOR 2 1 0 0 1 Y B 1 1 1 0 Equationes Lógicas: A AND 2 Y C B C = x • y S = x  y 58 29
  • 30. Sumador Sumador Total o Completo Tabla de Verdad A COUT A B CIN COUT S 0 0 0 0 0 B 0 0 1 0 1 SUMADOR 0 1 0 0 1 TOTAL S 0 1 1 1 0 CIN 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 59 Sumador Sumador Total o Completo: Equationes Lógicas: Implementación: A COUT = A•B + A•CIN + B•CIN S B COUT = (A  B)•CIN + A•B CIN COUT S = A  B  CIN 60 30
  • 31. Sumador Sumador de 4 bits a3 b3 a2 b2 a1 b1 a0 b0 SUM c3 c2 c1 c0 SC SC SC SS s4 s3 s2 s1 s0 61 Sumador/restador binario para números de 4 bits en C2 a3 a2 a1 a0 b3 b2 b1 b0 F S/R (Paso / C a 1) x3 x2 x1 x0 c3 SUMADOR c -1 s3 s2 s1 s0 62 31
  • 32. Generación del segundo operando b3 b2 b1 b0 S/R F x3 x2 x1 x0 63 Sumador/restador binario de 16 bits en C2 a 15 - a 12 b 15 - b 12 a 11- a 8 b 11- b 8 a7 - a4 b7 - b 4 a3 - a0 b3 - b0 4 4 4 4 4 4 4 4 F F F F S/R c 15 c 11 c7 c3 SUMADOR SUMADOR SUMADOR SUMADOR c -1 4 4 4 4 s 15 - s 12 s 11- s 8 s7 - s4 s3 - s0 64 32