Resumen de Electrónica Digital: Conceptos y Sistemas Lógicos
Electrónica Digital: Conceptos y Sistemas Lógicos | Guía Completa
Introducción
Los sistemas digitales son la base de la electrónica moderna: combinan circuitos lógicos y secuenciales para procesar, transmitir y almacenar información binaria. En este material revisaremos conceptos esenciales, componentes y aplicaciones prácticas de los sistemas digitales, excluyendo temas ya cubiertos como Álgebra de Boole, Decodificadores y Displays de 7 segmentos.
Definición: Un sistema digital es un conjunto de componentes electrónicos que procesa señales discretas (normalmente binarias) para realizar funciones lógicas, de almacenamiento o de control.
1. Clasificación general
1.1 Sistemas combinacionales
- Definición: Su salida depende únicamente de las entradas en el instante actual. No tienen memoria.
- Ejemplos típicos: compuertas lógicas, multiplexores, demultiplexores, comparadores, codificadores con prioridad.
Definición: Sistema combinacional es aquel cuya salida en cualquier instante es una función única y determinista de las entradas de ese mismo instante.
1.2 Sistemas secuenciales
- Definición: Tienen memoria; la salida depende de las entradas actuales y del estado previo.
- Componentes: biestables (flip-flops SR, JK, T, D), registros, contadores, memorias y procesadores.
- Aplicaciones: microcontroladores, ASIC, PLD, memorias RAM/ROM.
Definición: Sistema secuencial es aquel que incorpora elementos de almacenamiento y cuya salida depende del historial de entradas además de las entradas actuales.
💡 ¿Sabías que?Did you know que el primer transistor práctico fue desarrollado en 1947 en los Laboratorios Bell por Bardeen, Brattain y Shockley, y que el primer circuito integrado se desarrolló en 1958 por Jack Kilby en Texas Instruments?
2. Compuertas lógicas: comportamiento y representación
- Las compuertas son bloques básicos de los sistemas combinacionales.
- Se analizan por tabla de verdad y por diagramas temporales que muestran retardos y formas de señal.
Tabla comparativa de compuertas básicas:
| Nombre | Símbolo | Función (forma algebraica) | Observación básica |
|---|---|---|---|
| AND | f | $f = x,y$ | Salida 1 solo si ambas entradas 1 |
| OR | f | $f = x + y$ | Salida 1 si alguna entrada 1 |
| NAND | f | $f = \overline{x,y}$ | Negación de AND; muy usada en CI |
| NOR | f | $f = \overline{x + y}$ | Negación de OR |
| XOR | f | $f = x\overline{y} + \overline{x}y = x \oplus y$ | Paridad impar |
| XNOR | f | $f = xy + \overline{x},\overline{y} = \overline{x \oplus y}$ | Paridad par |
| NOT | f | $f = \overline{x}$ | Inversor |
| Buffer | f | $f = x$ | Salida igual a la entrada |
💡 ¿Sabías que?Fun fact: Los circuitos integrados comerciales que contienen cuatro puertas NAND de dos entradas son extremadamente comunes y se identifican con códigos como 7400 (TTL) o sus equivalentes CMOS.
2.1 Comportamiento físico
- Además del comportamiento lógico, las compuertas tienen características físicas: retardos (propagación y establecimiento), consumo y limitaciones de corriente.
- Las compuertas se implementan en distintos procesos tecnológicos (TTL, CMOS) que definen rendimiento y consumo.
3. Circuitos integrados y escalas de integración
- Un circuito integrado (CI) es una porción de semiconductor donde se fabrican múltiples componentes electrónicos.
- Ventajas: costo reducido, menor tamaño y menor consumo; limitaciones: disipación térmica, parasitismo capacitivo e inductivo.
Tabla de escalas de integración:
| Denominación | Nº componentes por chip $n$ | Nº puertas aproximadas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| SSI | $n < 100$ | < 10 | Puertas y biestables simples |
| MSI | $100 < n < 1000$ | < 100 | Codificadores, sumadores, registros |
| LSI | $1000 < n < 10^4$ | < 1000 | Memorias y bloques aritméticos |
| VLSI | $10^4 < n < 10^5$ | < 10^4 | Microcontroladores, CPLD pequeños |
| ULSI | $10^5 < n < 10^6$ | < 10^5 | Microprocesadores y FPGAs medios |
| GLSI | $n > 10^6$ | > 10^5 | Microprocesadores multicore, FPGAs avanzados |
💡 ¿Sabías que?Did you know que la Ley de Moore, propuest
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Sistemas digitales - Conceptos clave
Klíčové pojmy: Diferenciar sistemas combinacionales y secuenciales, Identificar biestables comunes: SR, JK, T, D, Leer y usar tablas de verdad de compuertas básicas, Reconocer características físicas: retardo, consumo, HZ, Comparar escalas de integración SSI→GLSI por nº de componentes, Configurar PLD para implementar funciones por minterms, Usar MUX/DEMUX para multiplexación y distribución de señales, Conectar comparadores en cascada para comparar palabras largas, Aplicar paridad para detección básica de errores, Distinguir visualización estática y dinámica de dígitos
## Introducción
Los sistemas digitales son la base de la electrónica moderna: combinan circuitos lógicos y secuenciales para procesar, transmitir y almacenar información binaria. En este material revisaremos conceptos esenciales, componentes y aplicaciones prácticas de los sistemas digitales, excluyendo temas ya cubiertos como Álgebra de Boole, Decodificadores y Displays de 7 segmentos.
> Definición: Un sistema digital es un conjunto de componentes electrónicos que procesa señales discretas (normalmente binarias) para realizar funciones lógicas, de almacenamiento o de control.
## 1. Clasificación general
### 1.1 Sistemas combinacionales
- Definición: Su salida depende únicamente de las entradas en el instante actual. No tienen memoria.
- Ejemplos típicos: compuertas lógicas, multiplexores, demultiplexores, comparadores, codificadores con prioridad.
> Definición: Sistema combinacional es aquel cuya salida en cualquier instante es una función única y determinista de las entradas de ese mismo instante.
### 1.2 Sistemas secuenciales
- Definición: Tienen memoria; la salida depende de las entradas actuales y del estado previo.
- Componentes: biestables (flip-flops SR, JK, T, D), registros, contadores, memorias y procesadores.
- Aplicaciones: microcontroladores, ASIC, PLD, memorias RAM/ROM.
> Definición: Sistema secuencial es aquel que incorpora elementos de almacenamiento y cuya salida depende del historial de entradas además de las entradas actuales.
Did you know que el primer transistor práctico fue desarrollado en 1947 en los Laboratorios Bell por Bardeen, Brattain y Shockley, y que el primer circuito integrado se desarrolló en 1958 por Jack Kilby en Texas Instruments?
## 2. Compuertas lógicas: comportamiento y representación
- Las compuertas son bloques básicos de los sistemas combinacionales.
- Se analizan por tabla de verdad y por diagramas temporales que muestran retardos y formas de señal.
Tabla comparativa de compuertas básicas:
| Nombre | Símbolo | Función (forma algebraica) | Observación básica |
| --- | ---: | --- | --- |
| AND | f | $f = x\,y$ | Salida 1 solo si ambas entradas 1 |
| OR | f | $f = x + y$ | Salida 1 si alguna entrada 1 |
| NAND | f | $f = \overline{x\,y}$ | Negación de AND; muy usada en CI |
| NOR | f | $f = \overline{x + y}$ | Negación de OR |
| XOR | f | $f = x\overline{y} + \overline{x}y = x \oplus y$ | Paridad impar |
| XNOR | f | $f = xy + \overline{x}\,\overline{y} = \overline{x \oplus y}$ | Paridad par |
| NOT | f | $f = \overline{x}$ | Inversor |
| Buffer | f | $f = x$ | Salida igual a la entrada |
Fun fact: Los circuitos integrados comerciales que contienen cuatro puertas NAND de dos entradas son extremadamente comunes y se identifican con códigos como 7400 (TTL) o sus equivalentes CMOS.
### 2.1 Comportamiento físico
- Además del comportamiento lógico, las compuertas tienen características físicas: retardos (propagación y establecimiento), consumo y limitaciones de corriente.
- Las compuertas se implementan en distintos procesos tecnológicos (TTL, CMOS) que definen rendimiento y consumo.
## 3. Circuitos integrados y escalas de integración
- Un circuito integrado (CI) es una porción de semiconductor donde se fabrican múltiples componentes electrónicos.
- Ventajas: costo reducido, menor tamaño y menor consumo; limitaciones: disipación térmica, parasitismo capacitivo e inductivo.
Tabla de escalas de integración:
| Denominación | Nº componentes por chip $n$ | Nº puertas aproximadas | Aplicaciones |
| --- | ---: | ---: | --- |
| SSI | $n < 100$ | < 10 | Puertas y biestables simples |
| MSI | $100 < n < 1000$ | < 100 | Codificadores, sumadores, registros |
| LSI | $1000 < n < 10^4$ | < 1000 | Memorias y bloques aritméticos |
| VLSI | $10^4 < n < 10^5$ | < 10^4 | Microcontroladores, CPLD pequeños |
| ULSI | $10^5 < n < 10^6$ | < 10^5 | Microprocesadores y FPGAs medios |
| GLSI | $n > 10^6$ | > 10^5 | Microprocesadores multicore, FPGAs avanzados |
Did you know que la Ley de Moore, propuest