CONCEPTOS BÁSICO DE ELECTRÓNICA DIGITAL

 Electrónica analógica: Es una parte de la electrónica que trabaja con señales analógicas, es decir, que trabaja con corrientes y tensiones que varían continuamente de valor en el transcurso del tiempo, como la corriente alterna (CA) o de valores que siempre tienen el mismo valor de tensión y de intensidad, como la corriente continua (CC). En estos casos hablamos de electrónica analógica.

 Electrónica digital: Es una parte de la electrónica que trabaja con señales digitales, es decir que trabaja con valores de corrientes y tensiones eléctricas que solo pueden poseer dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensión, por eso este tipo de electrónica siempre es binaria (2 dígitos, el 0 y el 1). Por ejemplo la corriente de un pulso como en la figura de abajo:

 El valor 1 suele estar asociado al valor máximo de tensión o corriente y el 0 al valor mínimo o a su ausencia.

 Muchos sistemas analógicos están siendo sustituidos por sistemas digitales que realizan funciones similares debido a sus ventajas inherentes:

• Mayor fiabilidad, propia de los circuitos integrados.
• Mayor facilidad de diseño.
• Flexibilidad, debido al carácter programable de muchos circuitos digitales.
• Procesado y transmisión de datos de una forma más eficiente y fiable.
• Facilidad de almacenamiento.
• Menor coste en general.

 Los sistemas digitales se clasifican en dos grupos:

- Combinacionales: las salidas en cualquier instante de tiempo dependen del valor de las entradas en ese mismo instante de tiempo (salvo los retardos propios de los dispositivos electrónicos).

- Secuenciales: La salida del sistema va a depender del valor de las entradas en ese instante de tiempo y del estado del sistema; es decir, de la historia pasada del sistema.

-Variable binaria: es toda variable que solo puede tomar 2 valores, dos dígitos (dígitos=digital) que corresponden a dos estados distintos. Estas variables las usamos para poner el estado en el que se encuentra un elemento de maniobra o entrada (por ejemplo un interruptor o un pulsador) y el de un receptor (por ejemplo una lámpara o un motor), siendo diferente el criterio que tomamos para cada uno.

- Receptores o elementos de Salida (lámparas, motores, timbres, etc): encendida (estado 1) o apagada (estado 0)

- Elementos de entrada (interruptor, pulsador, sensor, etc): accionado (estado 1) y sin accionar (estado 0)

 Operaciones lógicas (álgebra de Boole): son las operaciones matemáticas que se usan en el sistema binario, sistema de numeración que solo usa el 0 y el 1.

LAS PUERTAS LÓGICAS

 Son componentes electrónicos representados por un símbolo con una, dos entradas o incluso pueden ser más entradas y una sola salida que realizan una ecuación con variables binarias, y que toman unos valores de salida en función de los que tenga en las de entrada.

 Las puertas lógicas también representan un circuito eléctrico y tienen cada una su propia tabla de la verdad, en la que vienen representados todos los posibles valores de entrada que puede tener y los que les corresponden de salida según su función.

-Puerta Lógica Igualdad (función igualdad)

 

Como vemos la función que representa esta puerta es tal que el valor de la salida es siempre igual al del estado de la entrada. En el esquema vemos que se cumple. El pulsador en estado 0 la lámpara está apagada, o lo que es lo mismo en estado también 0. Si ahora pulsamos el pulsador, estado 1, la lámpara se enciende y pasará también al estado 1. La tabla de la verdad nos da los estado de la salida para los posibles estados de entrada, que este caso solo son dos 0 o 1.

-Puerta NO O NOT (negación)

 Es una puerta tal que la entrada siempre es contraria al valor de la salida. En las funciones, una barra sobre una variable significa que tomará el valor contrario.  La imagen muestra su función, el símbolo, el circuito eléctrico y su tabla de la verdad.

 La función nos dice que el estado de la salida S, es el de la entrada a pero invertida, es decir la salida es lo contrario de la entrada. Si a es 0, a invertida será 1. Si a es 1 a invertida será 0. El pulsador está en estado 0 cerrado y la lámpara en estado 0 del pulsador estará encendida, estado 1. Cuando pulsamos el pulsador (estado 1) la lámpara se apaga y estará en estado 0.

-Puerta OR (función suma, contactos en paralelo)

 En este caso hay dos elementos de entrad. Para que la lámpara esté encendida debe de estar un pulsador cualquiera pulsado o los dos. Fíjate que al sumar las entradas en la tabla de la verdad 0 + 0 es igual a 0 y 0+1 es 1.

-Puerta AND (función multiplicación, contactos en serie)



 En este caso para que la lámpara este encendida es necesario que estén en estado 1 los dos pulsadores a la vez. Ojo 0 x 1 es 0 y 1 x 1 es 1.

 Con estas 4 puertas podríamos hacer casi todos los circuitos electrónicos, pero también es recomendable conocer otras dos puertas lógicas más para poder simplificar los circuitos.

-Puerta NOR (función suma invertida)


 Aquí vemos que la función viene representada en el propio símbolo. Además a la salida le llamamos Y, se pude llamar con cualquier letra en mayúsculas. Las entradas son A y B pero invertidas. Fíjate que solo hay posibilidad de salida 1 cuando los dos pulsadores, cerrados en reposo, están sin accionar (estado 1). Si cualquiera de los dos pulsadores lo accionamos lo abriríamos y la lámpara estaría apagada.

-PUERTA NAND (función producto invertido)
 


 Como están en paralelo los dos pulsadores sin accionar la lámpara estará encendida y aunque pulsemos y abramos un pulsador la lámpara seguirá encendida. Solo en el caso de que pulsemos los dos pulsadores y estén en estado 1 la lámpara se apagará.

Tabla de la Verdad

 A partir de que nos planteen un problema lo primero que deberemos saber es el número de variables de entrada (sensores, pulsadores, interruptores, etc.) que vamos a utilizar y a cada variable le asignamos una letra (a, b, c, etc.). Al elemento de salida le llamamos S.

 Ahora debemos sacar la tabla de la verdad poniendo los posibles valores de cada una de las variables de entrada (0 o 1) y el valor que tomará la salida S para cada combinación de valores de las variables de entrada. Esa tabla es lo que se conoce como "Tabla de la Verdad" del problema o circuito.

 Ejemplo: queremos que una caja fuerte se abra cuando se pulsen dos pulsadores a la vez.

 Tenemos dos pulsadores a y b y una salida que será el motor de la caja fuerte. Este motor funcionará para abrir la caja, es decir estará en estado 1, cuando a y b (pulsadores) estén accionados, es decir en estado 1 (si están normalmente abiertos). Para el resto de combinaciones de a y b el estado de la salida será 0.

Función Lógica

 A continuación sacamos la función lógica que representará el problema. Para sacar la función usamos la tabla de la verdad.  Cogemos solo las filas que den como salida el valor 1, y multiplicamos las variables de entrada de cada fila que tengan valor 1 poniendo invertidas las que tengan valor 0, y en estado normal las que tengan valor 1. En este caso las dos tienen valor 1 luego no habrá ninguna invertida. La función lógica sería:

 S = a x b