2. Definiciones
LOGICA COMBINACIONAL: Un circuito de logica digital en el que
las decisiones se hacen basandose solo en las combinaciones de
las entradas.e.j. Un sumador
LOGICA SECUENCIAL: Circuito en el que las decisiones se
basan en combinaciones de las entradas actuales y las
pasadas.e.j. Memorias
MAQUINAS DE ESTADO: Circuitos que poseen un estado interno, y
cuyas salidas son funciones tanto de las entradas actuales como de
su estado interno. e.j. Una maquina expendedora de gaseosas
3. Tablas de la verdad
Desarroladas en 1854 por George Boole.
Desarrollos posteriores de Claude Shannon
Las salidas se computan por todas las entradas posibles
Considere el siguiente circuito electrico
6. Variaciones de los simbolos de las
compuertas logicas basicas
(a) 3 entradas (c)salidas complementarias (b) entrada negada
7. Inversor a nivel de transistor
Transistor
Symbol
Power
Terminals
A Transistor Used
as an Inverter
Inverter Transfer
Function
Terminales Simbolo Transistor Funcion
de potencia de transistor como inversor inversion
10. FAMILIA LOGICA TTL 7400
Tensión de alimentación:
5 V, con una tolerancia (de 4,5 V a 5,5 V).
Niveles lógicos:
entre 0,2 V y 0,8 V para el nivel bajo (L) y entre 2,4 V y 5 V para el
nivel alto (H).
Código identificador:
el 74 para los comerciales y el 54 para los de diseño militar.
Estos últimos son chips más desarrollados, ya que los de
serie 74 soportan menos rangos de temperaturas.
Temperatura de trabajo:
De 0 a 70 °C para la serie 74 y de -55º hasta los 125 °C para la 54.
11. CIRCUITOS INTEGRADOS TTL
• Esta familia utiliza elementos que son comparables a los transistores bipolares diodos y
resistores discretos, y es probablemente la mas utilizada. A raíz de las mejoras que se
han realizado a los CI TTL, se han creado subfamilias las cuales podemos clasificarlas en:
• TTL estándar.
• TTL de baja potencia (L).
• TTL Schottky de baja potencia (LS).
• TTL Schottky (S).
• TTL Schottky avanzada de baja potencia (ALS).
• TTL Schottky avanzada (AS).
• Como sus características de voltaje son las mismas (La familia lógica TTL trabaja
normalmente a +5V), analizaremos sus velocidades y consumo de potencia.
Velocidad aproximada Subfamilia TTL 1.5 ns Schottky avanzada 3 ns Schottky 4 ns
Schottky avanzada de baja potencia 10 ns Schottky de baja potencia 10 ns estándar 33 ns
baja potencia Tabla 1: Velocidades de las distintas subfamilias TTL
• Consumo de potencia por puerta Subfamilia TTL 1 mW baja potencia 1 mW Schottky
avanzada de baja potencia 2 mW Schottky de baja potencia 7 mW Schottky avanzada 10
mW estándar 20 mW Schottky Tabla 2: Consumo de potencia de las subfamilias TTL
Observemos que las subfamilias Schottky de baja potencia como la Schottky avanzada de
baja potencia reúnen excelentes características de alta velocidad y bajo consumo de
potencia.
• Debido a su configuración interna, las salidas de los dispositivos TTL NO pueden
conectarse entre si a menos que estas salidas sean de colector abierto o de tres estados.
18. CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS
• Estos CI’s se caracterizan por su extremadamente bajo consumo de potencia, ya que se fabrican a partir
de transistores MOSFET los cuales por su alta impedancia de entrada su consumo de potencia es
mínimo.
• Estos CI’s se pueden clasificar en tres subfamilias:
•
Familia Rango de tensión Consumo potencia Velocidad estándar
(4000) 3 – 15 V 10 mW 20 a 300 ns
serie 74C00 3 – 15 V 10 mW 20 a 300 ns
serie 74HC00 3 – 15 V 10 mW 8 a 12 ns
• Subfamilias CMOS
La serie 74HCT00 se utiliza para realizar interfaces entre TTL y la serie 74HC00.
• DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS
• Los dispositivos CMOS son muy susceptibles al daño por descargas electrostáticas entre un par de
pines.
• Estos daños pueden prevenirse:
• Almacenando los CI CMOS en espumas conductoras especiales.
• Usando soldadores alimentados por batería o conectando a tierra las puntas de los soldadores
alimentados por ac.
• Desconectando la alimentación cuando se vayan a quitar CI CMOS o se cambien conexiones en un
circuito.
• Asegurando que las señales de entrada no excedan las tensiones de la fuente de alimentación.
• Desconectando las señales de entrada antes de las de alimentación.
• No dejar entradas en estado flotante, es decir, conectarlos a la fuente o a tierra según se requiera.
19. INTERFACES ENTRE CI TTL Y CMOS
Ya que los requerimientos para estas dos familias son bastante
diferentes, requieren para su interconexión la utilización de
interfaces. A continuación hay algunos ejemplos de interfaces
cuando los dispositivos trabajan con una misma fuente de
voltaje y cuando trabajan con voltajes distintos.
23. Buffers de tres estados
Las salidas pueden ser “1”, “0” o “electricamente desconectadas”
24. PROPIEDADES BASICAS DEL ALGEBRA BOOLEANA
POSTULADOS
TEOREMAS
A , B , etc son
literales; o y 1
son
constantes
Principio de DUALIDAD:
se da al poder reemplazar
AND por OO u OR por
AND,
y constantes 1s por 0s y
0s por 1s
26. Suma de Productos (SOP)
• Transformar la funcion en una ecuacion AND-OR de dos
niveles
• Implementar la funcion con un arreglo de compuertas logicas
del tipo {AND, OR, NOT}
• M es verdad cuando A=0, B=1, y C=1, o cuando A=1, B=0, y
C=1, y de esa forma en los casos remanentes.
• Representar las ecuaciones logicas utilizando la forma SOP
Tabla de verdad
para la funcion
MAYORIA
27. Forma Suma de Productos (SOP)
para la compuerta MAYORIA
La forma SOP para la compuerta MAYORIA de 3 entradas es:
• M = ABC + ABC + ABC + ABC = m3 + m5 +m6 +m7 =
(3, 5, 6, 7)
• Cada uno de los 2n terminos se llaman miniterminos y van
desde 0 a 2n – 1
• Note la relacion entre miniterminos y valor booleano.
• Discuta la interpretacion de la ecuacion mediante el sentido
comun.
28. La forma Productos de Suma (POS)
• Es la expresion dual de la SOP
• Una expresion booleana puede representarse como una Suma
de Productos.
• Una ecuacion representada en su forma productos de sumas
contiene conjunto de variables afectadas por productos de
sumas logicas, cuyos resultados se convierten en un producto
logico.
• Un modo de obtener una forma productos de sumas nace de
complementar la expresion suma de productos y aplicar los
Teoremas de Morgan
31. Logica Positiva vs. Negativa
LOGICA POSITIVA: La verdad o confirmacion esta representado por un 1 logico,
tension alta; falsedad o no confirmacion es un 0 logico representado por una tension
baja.
LOGICA NEGATIVA: La verdad o confirmacion esta representado por un 0 logico,
tension baja; falsedad o no confirmacion es un 1 logico representado por una tension
alta.
33. Niveles de integracion
Pequeña escala (SSI): 10 – 100 compuertas
Escala media de integracion (MSI): 100 a 1000 compuertas
Gran escala de integracion (LSI): 1000 a 10.000 compuertas
Muy grande escala de integracion: 10.000 y mas
40. Codificador de prioridad
• Un codificador transforma una serie de entradas en un codigo
binario.
• Un codificador de prioridad impone una orden en las entradas.
• Ai tiene mayor prioridad que Ai+1
50. Logica secuencial
• Los circuitos vistos hasta el presente no tienen
memoria. Las salidas siempre siguen las entradas.
• Existe la necesidad de circuitos con memoria, los
cuales actuaran en forma diferente dependiendo de su
estado previo
• Un ejemplo es una maquina expendedora de bebidas,
la cual debe recordar cuantas monedas y de que clase
fueron introducidas.
• Son conocidas como maquinas de estados finitos
porque tienen un numero finito de estados posibles.
51. Modelo clasico de una maquina de
estados finitos
• Esta compuesta
de una unidad de
logica
combinacional y
elementos que
producen demoras
(llamados flip-
flops) con
realimentacion que
mantiene la
informacion de
estado.
60. S R ACCION
0 0
MANTIENE EL
ESTADO
0 1 Q = 0
1 0 Q = 1
1 1
CONDICION
INESTABLE
61. Flip-Flop S-R
• El Flip-Flop S-R es un equipo con logica positiva
(activo con “1”)
ES UN ELEMENTO DE MEMORIA. CUANDO COLOCO LA ENTRADA
(SET) EN 1 LA SALIDA SE MANTIENE EN 1 HASTA QUE SE ACTIVE R
(RESET)
65. Un problema a resolver
• Es deseable poder “desconectar” el flip flop para que pueda
responder a estos problemas.
66. Forma de onda del CLOCK
• En una logica positiva, la accion sucede cuando el clock es
“alto”, o positivo. La parte “baja” del clock permite la
propagacion entre subcircuitos de forma tal que las entradas
puedan actuar correctamente en el proximo valor positivo del
clock.
67. Flip-Flop S-R con reloj
La señal de reloj CLK habilita las entradas S y R
69. Flip-Flop D disparado mediante flanco
negativo
• Cuando el clock esta
“alto”, las dos entradas
mantienen la salida en 0 ,
por lo que se mantiene en
su estado previo
independientemente de los
cambios en D.
• Cuando el clock baya de
un estado “alto” a “bajo”, los
valores en las dos entradas
afectan el estado principal.
• Mientras el reloj este en
“bajo”, D no puede afectar el
main latch.
70. Flip-Flop Maestro - Esclavo
El flanco de subida del reloj carga nuevos datos en el maestro,
mientras que el esclavo continua con los datos originales. El flanco
de bajada del reloj carga los datos del maestro en el esclavo
74. Flip-Flop T con reloj
• La presencia de un 1 constante en J y K significa que el flip
flop cambiara su estado de 0 a 1 o 1 a 0 cada vez que tengamos
un pulso de reloj en la entrada T (Toggle).
75. Ejemplo: Contador de modulo 4
• El contador tiene una entrada de reloj (CLK) y una de RESET.
• El contador tiene dos lineas de salida, los cuales toman valores
de 00, 01, 10, y 11 en ciclos subsecuentes de reloj.
80. SUMADORES PARA LA RESTA
• En una resta binaria están involucradas tres variables bien definidas:
Minuendo, Sustraendo y Diferencia. Según la ley de la resta, estos parámetros
se relacionan así:
• Minuendo - Sustraendo = Diferencia
• La resta de dos números se puede expresar también como la suma del
minuendo mas el negativo del sustraendo, es decir:
• Minuendo + (-Sustraendo) = Diferencia
• Por ejemplo, la resta de 10 menos 5 se puede expresar como:
• 10 + (-5) = 5
• Aplicando esta definición, es posible implementar la resta sumando el
negativo del sustraendo al minuendo. Surge entonces una nueva forma en que
podemos realizar la resta binaria, la cual se rige por las siguientes reglas:
• Cambiar el sustraendo a su forma en complemento a 2.
• Sumar el minuendo al sustraendo en complemento a 2.
• No considerar el «overflow» (rebose). Se descarta el MSB, y los bits restantes
indican la diferencia binaria.
• La razón por la cual el proximo circuito funciona como restador , se debe a
que los cuatro inversores convierten el sustraendo binario a su complemento
a 1 (cada 1 es cambiado a 0 y cada 0 a 1). El nivel alto de la entrada Cin en el
FA del 1 es lo mismo que sumar +1 al sustraendo. El minuendo y el
sustraendo en complemento a 2 se suman. El terminal Co del ultimo FA se
descarta (overflow).
83. CONTADORES CON CI TTL
• Son circuitos integrados donde vienen incluidos los flip-flops
conectados según el tipo de contador y las puertas. Estos
contadores se pueden llamar de propósito general. El CI 74192
es un contador reversible BCD síncrono TTL, es decir,
módulo-10. Tiene doble entrada de reloj, una para cuenta
ascendente y una para cuenta descendente que conmutan en
la transición del nivel BAJO al nivel ALTO del pulso.
• La entrada de borrado síncrono se activa en nivel ALTO
colocándo las salidas en nivel BAJO (0000) y se inicializa en
cualquier número que se cargue en las entradas de datos en
forma binaria y se transfieren asíncronamente a la salida BCD
(A=QA, B=QB, C=QC, D=QD). La salida de arrastre se utiliza
para conectar en cascada serie varios contadores.
•
Figura 11: Símbolo del contador 74192
84. CONTADOR BINARIO DE 4 BITS TTL 7493
El contador 7493 utilizan 4 flip-flops JK en modo de conmutación, con entradas de reloj ÇP0 y ÇP1 en donde ÇP1
es la entrada de reloj del segundo flip-flop por lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la
salida del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entrada ÇP1, quedando ÇP0 como la entrada de reloj
del contador.
También tiene dos entradas de reset (MR1 y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque,
como estas se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendría en reset al
85. CONTADOR CMOS 74HC393
Es un doble contador binario de 4 bits. Esta construido a base del flip-flop T.
Las entradas de reloj (1ÇP y 2ÇP) son activadas por flanco posterior, o sea, en la
transicion de ALTO a BAJO del pulso de reloj.
Las entradas de reset (1MR y 2 MR) del maestro en el contador se activan en nivel
ALTO, las salidas se etiquetan desde Q0 a Q3, siendo Q0 el LSB y, Q3 el MSB del
numero binario de 4 bits. Requiere una fuente de alimentacion de 5V DC y viene en un
CI DIP de14 patillas.
86. contador CMOS 74HC193
Tiene 2 entradas de reloj (CPU y CPD), que se activan en la transición del nivel BAJO al ALTO del pulso de reloj, la
entrada CPU es para la cuenta ascendente (UP) y la entrada CPD es para la cuenta descendente (D), por lo que
dependiendo si el contador que se necesite se conecta al nivel alto o +5V.
Los modos de operación del contador CMOS 74HC193 se muestran en la tabla de verdad 5. El modo de reset borra
asíncronamente las salidas (Q0 a Q3) al binario 0000 activándose en ALTO el cual puede ser un pulso de corta
duración.
Las entradas de carga de datos en paralelo (D0 a D3) se utilizan para programar un número en binario desde donde
se quiere que empiece a contar de nuevo al activar la entrada de carga en paralelo (P)) con un nivel BAJO y los
datos son transferidos asíncronamente a las salidas (Q0 a Q3). Las salidas de arrastre TÇ5 y TÇÐ generan un pulso
negativo, para la conexión en cascada de contadores, ya sea en forma ascendente o en forma descendente la
cuenta de estos.
El contador 74HC193 viene en un DIP de 16 patillas y opera con una tensión de alimentación de +5V DC.
87. PIC
Peripheral Interface Controller
• Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip
Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de
microelectrónica de General Instrument.
• El PIC usa un juego de instrucciones tipo RISC, cuyo número puede variar desde 35 para
PICs de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entre las
que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador y una
posición de memoria, instrucciones de condicionamiento y de salto/retorno,
implementación de interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamada
sleep.
• Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware llamado MPLAB que incluye un
simulador software y un ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C y
BASIC. Microchip también vende compiladores para los PICs de gama alta ("C18" para la
serie F18 y "C30" para los dsPICs) y se puede descargar una edición para estudiantes del
C18 que inhabilita algunas opciones después de un tiempo de evaluación.
• Para el lenguaje de programación Pascal existe un compilador de código abierto, JAL, lo
mismo que PicForth para el lenguaje Forth. GPUTILS es una colección de herramientas
distribuidas bajo licencia GPL que incluye ensamblador y enlazador, y funciona en Linux,
MacOS y Microsoft Windows. GPSIM es otra herramienta libre que permite simular
diversos dispositivos hardware conectados al PIC.
88.
89. PICs más comúnmente usados
• PIC12C508/509 (encapsulamiento reducido de 8 pines, oscilador interno, popular en
pequeños diseños como el iPod remote).
• PIC12F629/675
• PIC16F84 (Considerado obsoleto, pero imposible de descartar y muy popular)
• PIC16F84A (Buena actualización del anterior, algunas versiones funcionan a 20 MHz,
compatible 1:1)
• PIC16F628A
• PIC16F88 (Nuevo sustituto del PIC16F84A con más memoria, oscilador interno, PWM, etc
que podría convertirse en popular como su hermana).
• La subfamilia PIC16F87X y PIC16F87XA (los hermanos mayores del PIC16F84 y
PIC16F84A, con cantidad de mejoras incluidas en hardware. Bastante común en
proyectos de aficionados).
• PIC16F886/887 (Nuevo sustituto del 16F876A y 16F877A con la diferencia que el nuevo ya
se incluye oscilador interno).
• PIC16F193x (Nueva gama media de PIC optimizado y con mucha RAM, ahora con 49
instrucciones por primera vez frente a las 35 de toda la vida).
• PIC18F2455 y similares con puerto USB 2.0
• PIC18F2550
• PIC18F452
• PIC18F4550
• dsPIC30F3011 (Ideales para control electrónico de motores eléctricos de inducción,
control sobre audio, etc).
• PIC32 (Nueva gama de PIC de 32 bits, los más modernos ya compatible con USB 2.0).
90. ASICS
Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas
• Un Circuito Integrado para Aplicaciones
Específicas, o ASIC por sus siglas en inglés, es un
circuito integrado hecho a la medida para un uso en
particular, en vez de ser concebido para propósitos
de uso general. Por ejemplo, un chip diseñado
únicamente para ser usado en un teléfono móvil es
un ASIC. Por otro lado, los circuitos integrados de la
serie 7400 son circuitos lógicos (combinacionales o
secuenciales) que se pueden utilizar para una
multiplicidad de aplicaciones. En un lugar
intermedio entre los ASIC y los productos de
propósito general están los Productos Estándar
para Aplicaciones Específicas, o ASSP por sus
siglas en inglés.
91. • Con los avances en la miniaturización y en
las herramientas de diseño, la complejidad
máxima, y por ende la funcionalidad, en un
ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas
a más de 100 millones. Los ASIC modernos
a menudo incluyen procesadores de 32-bit,
bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y
Flash, así como otros tipos de módulos.
Este tipo de ASIC frecuentemente es
llamado Sistema en un Chip, o SoC, por sus
siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC
digitales usan lenguajes descriptores de
hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL,
para describir la funcionalidad de estos
dispositivos.
92. FPGA
(Field Programmable Gate Arrays)
• Las FPGA (Field Programmable Gate Arrays,
matriz de puertas programables) son la
versión moderna de los prototipos con
puertas lógicas de la serie 7400.
• Contienen bloques de lógica programable e
interconexiones programables que permiten
a un modelo de FPGA ser usada en muchas
aplicaciones distintas.
93. • Para los diseños más pequeños o con
volúmenes de producción más bajos, las
FPGAs pueden tener un costo menor que un
diseño equivalente basado en ASIC, debido
a que el costo fijo (el costo para preparar
una línea de producción para que fabrique
un ASIC en particular), es muy alto,
especialmente en las tecnologías más
densas, más de un millón de dólares para
una tecnología de 90nm o menor.
94. • Las FPGAs se utilizan en aplicaciones similares a
los ASICs sin embargo son más lentas, tienen un
mayor consumo de potencia y no pueden abarcar
sistemas tan complejos como ellos. A pesar de
esto, las FPGAs tienen las ventajas de ser
reprogramables (lo que añade una enorme
flexibilidad al flujo de diseño), sus costes de
desarrollo y adquisición son mucho menores para
pequeñas cantidades de dispositivos y el tiempo de
desarrollo es también menor.
• Ciertos fabricantes cuentan con FPGAs que sólo se
pueden programar una vez, por lo que sus ventajas
e inconvenientes se encuentran a medio camino
entre los ASICs y las FPGAs reprogramables.
