Detalles del libro

Presentación ...................................................................................................... xxiii PARTE 1 Familias lógicas ........................................................................ 1 1 Puertas lógicas TTL ........................................................................................... 3 1.1 Introducción ............................................................................................................... 3 1.2 Estructura de una puerta TTL NAND de dos entradas .............................................. 4 1.3 Cargabilidad de salida de una puerta inversora TTL ................................................. 7 1.3.1 Estimación analítica .......................................................................................... 7 1.3.2 Análisis mediante PSpice ................................................................................. 9 1.4 Características de transferencia .............................................................................. 13 1.4.1 Puerta inversora TTL estándar ....................................................................... 13 1.4.2 Puerta inversora (CI 7404) ............................................................................. 16 1.4.3 Puerta NAND (CI 7400) .................................................................................. 17 1.5 Entradas flotantes en puertas TTL .......................................................................... 19 1.5.1 El riesgo potencial de las entradas flotantes ................................................. 19 1.5.2 ¿Qué hacer con las entradas no utilizadas? ................................................... 20 1.6 Caracterización temporal ........................................................................................ 21 1.6.1 Parámetros característicos ............................................................................. 21 1.6.2 Oscilador en anillo .......................................................................................... 25 1.7 Componentes .......................................................................................................... 27 1.8 Verificación experimental ........................................................................................ 27 1.8.1 Obtención de las tablas de verdad ................................................................. 27 1.8.1.1 Función lógica NOT (inversión) .............................................................. 28 1.8.1.2 Función lógica NAND ............................................................................. 28 1.8.1.3 Función lógica NOR ............................................................................... 29 1.8.2 Cargabilidad de salida .................................................................................... 30 1.8.2.1 Estimación de la resistencia de salida de un dispositivo ....................... 30 1.8.3 Características de transferencia de un inversor .............................................. 31 1.8.3.1 Característica de transferencia vs(ve) ..................................................... 31 1.8.3.2 Característica de transferencia ie(ve) ...................................................... 32 1.8.4 Entradas flotantes en una puerta NAND (CI 74x00) ....................................... 33 1.8.5 Caracterización temporal: oscilador en anillo ................................................. 33 1.9 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ......................................................................... 34 2 Puertas lógicas CMOS ..................................................................................... 35 2.1 Introducción ............................................................................................................. 35 2.2 Estructura de una puerta CMOS NAND de dos entradas ........................................ 38 2.3 Cargabilidad de salida de una puerta CMOS NAND .................................................... 39 2.3.1 Consideraciones preliminares ......................................................................... 39 2.3.2 Análisis mediante PSpice ................................................................................ 42 2.3.2.1 Caso de estudio 1 ................................................................................... 44 2.3.2.2 Caso de estudio 2 ................................................................................... 46 2.3.2.3 Caso de estudio 3 ................................................................................... 48 2.3.2.4 Cargabilidad del CI 4011B ...................................................................... 50 2.4 Características de transferencia .............................................................................. 51 2.5 Entradas flotantes en puertas CMOS ...................................................................... 57 2.6 Componentes .......................................................................................................... 58 2.7 Verificación experimental ......................................................................................... 58 2.7.1 Cargabilidad de salida ..................................................................................... 58 2.7.2 Características de transferencia de un inversor CMOS .................................. 59 2.7.2.1 Característica de transferencia vs(ve) ..................................................... 60 2.7.2.2 Característica de transferencia ie(ve) ...................................................... 60 2.7.3 Entradas flotantes en una puerta NAND (CI 4011B) ....................................... 61 2.8 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ......................................................................... 62 PARTE 2 Lógica combinacional ............................................................ 65 3 Decodificador binario básico de 2 a 4 ............................................................ 67 3.1 Introducción ............................................................................................................. 65 3.2 Decodificador binario básico de 2 a 4 ...................................................................... 71 3.2.1 Decodificación con salidas activas a nivel alto ................................................ 71 3.2.2 Decodificación con salidas activas a nivel bajo ............................................... 72 3.3 Simulación ............................................................................................................... 75 3.3.1 Decodificación con salidas activas a nivel alto ................................................ 75 3.3.2 Decodificación con salidas activas a nivel bajo ............................................... 76 3.4 Componentes .......................................................................................................... 77 3.5 Verificación experimental ......................................................................................... 78 3.5.1 Decodificación con salidas activas a nivel alto ................................................ 78 3.5.2 Decodificación con salidas activas a nivel bajo ............................................... 79 3.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ......................................................................... 79 4 Síntesis óptima de circuitos combinacionales ............................................. 81 4.1 Introducción ............................................................................................................. 81 4.2 Síntesis en forma de suma de productos (AND-OR) ............................................... 83 4.3 Síntesis en forma de producto de sumas (OR-AND) ............................................... 86 4.4 Síntesis de dos niveles NAND-NAND ...................................................................... 89 4.5 Síntesis de dos niveles NOR-NOR .......................................................................... 90 4.6 Síntesis multinivel con puertas NAND de dos entradas ........................................... 90 4.7 Análisis transitorio: fenómenos aleatorios ................................................................ 94 4.7.1 Tipos de fenómenos aleatorios ....................................................................... 95 4.7.2 Fenómenos aleatorios de función ................................................................... 96 4.7.3 Eliminación de fenómenos aleatorios .............................................................. 99 4.8 Simulación ............................................................................................................. 100 4.8.2 Análisis transitorio ......................................................................................... 101 4.9 Componentes ........................................................................................................ 106 4.10 Verificación experimental .................................................................................... 106 4.11 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 108 5 Codificador binario básico de 4 a 2 .............................................................. 109 5.1 Introducción ........................................................................................................... 109 5.2 Codificador binario básico de 4 a 2 sin prioridad ................................................... 111 5.2.1 Codificación con entradas activas a nivel alto .............................................. 111 5.2.2 Codificación con entradas activas a nivel bajo ............................................. 112 5.3 Codificador binario básico de 4 a 2 con prioridad .................................................. 113 5.3.1 Codificación con entradas activas a nivel alto .............................................. 113 5.3.2 Codificación con entradas activas a nivel bajo ............................................. 116 5.4 Simulación ............................................................................................................. 117 5.4.1 Circuitos codificadores de 4 a 2 sin prioridad ............................................... 118 5.4.1.1 Codificación con entradas activas a nivel alto ...................................... 118 5.4.1.2 Codificación con entradas activas a nivel bajo ..................................... 118 5.4.2 Circuitos codificadores de 4 a 2 con prioridad .............................................. 119 5.4.2.1 Codificación con entradas activas a nivel alto ...................................... 119 5.4.2.2 Codificación con entradas activas a nivel bajo ..................................... 120 5.5 Componentes ........................................................................................................ 121 5.6 Verificación experimental ...................................................................................... 122 5.6.1 Codificación sin prioridad y entradas activas a nivel bajo ............................. 122 5.6.2 Codificación con prioridad y entradas activas a nivel bajo ............................ 122 5.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ....................................................................... 123 6 Circuitos comparadores, de paridad y conversores de código ................ 125 6.1 Introducción ........................................................................................................... 125 6.2 Circuitos aritméticos comparadores ...................................................................... 127 6.3 Circuito generador y circuito detector de paridad .................................................. 129 6.4 Circuitos conversores de código ........................................................................... 131 6.5 Simulación ............................................................................................................. 135 6.5.1 Circuito comparador ..................................................................................... 135 6.5.2 Circuito generador de paridad ...................................................................... 136 6.5.3 Circuitos conversores de código ................................................................... 137 6.6 Componentes ........................................................................................................ 139 6.7 Verificación experimental ...................................................................................... 139 6.7.1 Circuito comparador ..................................................................................... 139 6.7.2 Circuito generador de paridad ...................................................................... 139 6.7.3 Circuitos conversores de código ................................................................... 140 6.8 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ....................................................................... 140 7 Decodificador binario de 2 a 4 con control de polaridad ........................... 143 7.1 Introducción ........................................................................................................... 143 7.2 Decodificador binario básico de 2 a 4 con control de polaridad ............................ 144 7.2.1 Tres síntesis distintas con puertas NAND de dos entradas .......................... 145 7.2.2 Síntesis con puertas NAND de cualquier número de entradas ..................... 147 7.2.3 Síntesis basada en puertas XOR .................................................................. 150 7.3 Simulación ............................................................................................................. 151 7.4 Componentes ........................................................................................................ 152 7.5 Verificación experimental ....................................................................................... 153 7.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ....................................................................... 153 8 Detección de números primos con multiplexores .................................... 155 8.1 Introducción ........................................................................................................... 155 8.2 Diseño de un detector BCD de números primos .................................................... 158 8.2.1 Síntesis mediante puertas lógicas ................................................................. 158 8.2.2 Síntesis mediante un multiplexor 16:1........................................................... 159 8.2.3 Síntesis mediante un multiplexor 8:1............................................................. 160 8.2.4 Síntesis alternativa mediante un multiplexor 8:1 ........................................... 161 8.3 Diseño de un detector de números primos de 4 bits .............................................. 163 8.3.1 Síntesis mediante puertas lógicas ................................................................. 163 8.3.2 Síntesis mediante un multiplexor 16:1........................................................... 164 8.3.3 Síntesis mediante dos multiplexores 8:1 ....................................................... 165 8.3.4 Síntesis alternativa mediante un multiplexor 8:1 ........................................... 166 8.4 Simulación ............................................................................................................. 167 8.4.1 Detectores BCD de números primos con multiplexor .................................... 167 8.4.1.1 Síntesis mediante un multiplexor 16:1 .................................................. 167 8.4.1.2 Síntesis mediante un multiplexor 8:1 .................................................... 168 8.4.1.3 Síntesis alternativa mediante un multiplexor 8:1 .................................. 169 8.4.2 Detectores de números primos de 4 bits con multiplexor .............................. 169 8.4.2.1 Síntesis mediante un multiplexor 16:1 .................................................. 169 8.4.2.2 Síntesis mediante dos multiplexores 8:1 .............................................. 170 8.4.2.3 Síntesis alternativa mediante un multiplexor 8:1 .................................. 171 8.5 Componentes ........................................................................................................ 172 8.6 Verificación experimental ....................................................................................... 172 8.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ....................................................................... 173 9 Sumador completo y sumador binario en paralelo ..................................... 175 9.1 Introducción ........................................................................................................... 175 9.2 Circuito semisumador ............................................................................................ 176 9.3 Circuito sumador completo .................................................................................... 177 9.4 Implementaciones de un sumador completo ......................................................... 179 9.4.1 Síntesis de dos niveles AND-OR mediante PAL ........................................... 179 9.4.2 Síntesis de dos niveles NAND-NAND ........................................................... 180 9.4.3 Dos síntesis de seis niveles con puertas básicas ......................................... 182 9.4.4 Síntesis de cuatro niveles con puertas NAND de tres entradas .................... 184 9.4.5 Síntesis de dos niveles basada en puertas XOR y NAND ............................ 184 9.4.6 Síntesis de tres niveles basada en puertas XOR y NAND ............................ 185 9.5 Sumador binario en paralelo con acarreo serie ..................................................... 187 9.6 Simulación ............................................................................................................. 189 9.6.1 Semisumador ............................................................................................... 189 9.6.2 Sumador completo ........................................................................................ 190 9.6.3 Sumador binario de 4 bits con acarreo en serie ............................................ 191 9.6.3.1 Propagación del acarreo y retardo asociado ........................................ 191 9.7 Componentes ........................................................................................................ 193 9.8 Verificación experimental ...................................................................................... 193 9.8.1 Semisumador ................................................................................................ 193 9.8.2 Sumador completo ........................................................................................ 194 9.8.3 Sumador binario de 2 bits con acarreo en serie ........................................... 194 9.9 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ....................................................................... 195 10 Unidad aritmética de 4 bits en complemento a dos ................................ 197 10.1 Introducción ......................................................................................................... 197 10.2 Diseño de una unidad aritmética de 4 bits en C2 ................................................. 198 10.2.1 El sumador 74x283 ..................................................................................... 198 10.2.2 La puerta XOR como solución para implementar la resta .......................... 199 10.2.3 El detector de desbordamiento ................................................................... 201 10.2.4 Unidad aritmética completa ........................................................................ 202 10.3 Simulación ........................................................................................................... 203 10.3.1 Módulo sumador ......................................................................................... 203 10.3.2 Módulo sumador/restador ........................................................................... 205 10.3.3 Unidad aritmética con detector de desbordamiento .................................... 206 10.4 Componentes ...................................................................................................... 208 10.5 Verificación experimental .................................................................................... 208 10.5.1 Módulo sumador ......................................................................................... 208 10.5.2 Módulo sumador/restador ........................................................................... 208 10.5.3 Unidad aritmética con detector de desbordamiento .................................... 209 10.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 209 PARTE 3 Lógica secuencial síncrona ................................................. 211 11 Generación de señal de reloj con circuitos astables .............................. 215 11.1 Introducción ......................................................................................................... 215 11.2 Diseño de un multivibrador astable con puertas lógicas ..................................... 216 11.3 Diseño de un multivibrador astable con el 555 .................................................... 218 11.4 Simulación ........................................................................................................... 221 11.5 Componentes ...................................................................................................... 222 11.6 Verificación experimental .................................................................................... 223 11.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 224 12 Contador de rizo módulo 8 con biestables T ............................................ 225 12.1 Introducción ......................................................................................................... 225 12.2 Dos implementaciones de un contador de rizo ................................................... 228 12.2.1 Contador módulo 8 diseñado con biestables J K .................................... 228 12.2.2 Contador módulo 8 diseñado con biestables D .......................................... 229 12.3 La problemática de los estados espurios ............................................................ 229 12.4 Simulación ........................................................................................................... 231 12.4.1 Respuesta del contador diseñado con biestables J K ............................ 231 12.4.1.1 Filtrado de los estados espurios mediante registro ............................ 233 12.4.2 Respuesta del contador diseñado con biestables D ................................... 235 Componentes ...................................................................................................... 238 12.6 Verificación experimental ..................................................................................... 238 12.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 239 13 Contador de rizo módulo 8 con el 74x90 .................................................... 241 13.1 Introducción ......................................................................................................... 241 13.2 Diseño de un contador módulo 8 con el 74x90 .................................................... 247 13.3 La problemática de los estados espurios ............................................................. 250 13.4 Simulación ........................................................................................................... 251 13.4.1 Secuencia de estados del contador módulo 8 ............................................. 251 13.4.2 Filtrado de los estados espurios mediante registro .................................... 253 13.4.3 Decodificación de estados con el 7448 ...................................................... 254 13.5 Componentes ...................................................................................................... 255 13.6 Verificación experimental ..................................................................................... 256 13.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 256 14 Contador síncrono reversible módulo 4 con biestables J K ............... 257 14.1 Introducción ......................................................................................................... 257 14.2 Diseño de un contador síncrono reversible módulo 4 ......................................... 261 14.3 Simulación ........................................................................................................... 265 14.3.1 Implementación del diseño con el CI 7473 .................................................. 265 14.3.1.1 Entrada de control S constante .......................................................... 266 14.3.1.2 Cambio de nivel lógico de S con señal de reloj en estado bajo .......... 267 14.3.1.3 Cambio de nivel lógico de S con señal de reloj en estado alto ........... 269 14.3.1.4 Conclusiones ...................................................................................... 272 14.3.2 Implementación del diseño con el CI 74LS73A ........................................... 273 14.4 Componentes ...................................................................................................... 274 14.5 Verificación experimental ..................................................................................... 275 14.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 276 15 Contadores síncronos con el 74x163 ......................................................... 277 15.1 Introducción ......................................................................................................... 277 15.2 Diseño de contadores con el 74x163 ................................................................... 280 15.2.1 Contador en modo de carrera libre (módulo 16) ......................................... 280 15.2.2 Contador módulo 13 con la secuencia 0,1, ,12 ......................................... 281 15.2.3 Contador módulo 12 con la secuencia 3,4, ,14 ......................................... 281 15.2.4 Contador módulo 146 con la secuencia 0,1, ,145 ..................................... 282 15.3 Simulación ........................................................................................................... 283 15.3.1 Contador en modo de carrera libre (módulo 16) ......................................... 283 15.3.2 Contador módulo 13 con la secuencia 0,1, ,12 ......................................... 284 15.3.3 Contador módulo 12 con la secuencia 3,4, ,14 ......................................... 285 15.3.4 Contador módulo 146 con la secuencia 0,1, ,145 ..................................... 286 15.4 Componentes ...................................................................................................... 288 15.5 Verificación experimental ..................................................................................... 289 15.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 289 16 Segundero digital con contadores modulares .......................................... 291 16.1 Introducción ......................................................................................................... 291 16.2 Tres diseños de un segundero con contadores síncronos .................................. 292 16.2.1 Combinación de dos 74x163 ..................................................................... 292 16.2.2 Combinación de un 74x162 y un 74x163 ................................................... 293 16.2.3 Combinación de un 74x162 y un 74x161 ................................................... 294 16.3 Simulación ........................................................................................................... 295 16.4 Componentes ...................................................................................................... 300 16.5 Verificación experimental .................................................................................... 300 16.5.1 Contador módulo 10 (unidades del segundero) ......................................... 301 16.5.2 Contador módulo 6 (decenas del segundero) ............................................ 301 16.5.3 Segundero digital completo ....................................................................... 301 16.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 303 17 Decodificación de los estados de un contador ........................................ 305 17.1 Introducción ......................................................................................................... 305 17.2 Decodificación de contadores modulares ............................................................ 306 17.2.1 Decodificación de un contador asíncrono .................................................. 306 17.2.2 Decodificación de un contador síncrono .................................................... 307 17.3 Riesgo de interferencias en las líneas decodificadas .......................................... 308 17.3.1 Eliminación del riesgo de interferencias en la decodificación .................... 309 17.3.1.1 Habilitación desfasada del decodificador ........................................... 309 17.3.1.2 Filtrado mediante registro .................................................................. 310 17.3.1.3 Decodificación directa con un contador en anillo ............................... 311 17.4 Simulación ........................................................................................................... 311 17.4.1 Decodificación de contadores 74x90 con dispositivos 74x138 ................. 312 17.4.2 Decodificación de contadores 74x163 con dispositivos 74x42 ................. 316 17.4.3 Eliminación del riesgo de interferencias en la decodificación .................... 319 17.4.3.1 Habilitación desfasada del decodificador ........................................... 319 17.4.3.2 Filtrado mediante registro .................................................................. 320 17.5 Componentes ...................................................................................................... 321 17.6 Verificación experimental .................................................................................... 322 17.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 322 18 Registro de desplazamiento de 4 bits con biestables D .......................... 325 18.1 Introducción ......................................................................................................... 325 18.2 Diseño de un registro de desplazamiento de 4 bits ............................................. 326 18.3 Simulación ........................................................................................................... 327 18.3.1 Entrada serie y salida en paralelo ............................................................... 327 18.3.2 Entrada en paralelo y salida en paralelo ..................................................... 328 18.4 Componentes ...................................................................................................... 329 18.5 Verificación experimental .................................................................................... 330 18.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 331 19 Generador de números seudoaleatorios ................................................... 333 19.1 Introducción ......................................................................................................... 333 19.2 Generador seudoaleatorio de 3 bits .................................................................... 334 19.3 Generador seudoaleatorio de 4 bits ..................................................................... 336 19.4 Simulación ........................................................................................................... 337 19.4.1 Generador seudoaleatorio de 3 bits ............................................................ 337 19.4.2 Generador seudoaleatorio de 4 bits ............................................................ 338 19.5 Componentes ...................................................................................................... 339 19.6 Verificación experimental ..................................................................................... 339 19.6.1 Generador seudoaleatorio de 3 bits ............................................................ 339 19.6.2 Generador seudoaleatorio de 4 bits ............................................................ 340 19.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 340 20 Diseños con el registro de desplazamiento 74x194 ................................. 341 20.1 Introducción ......................................................................................................... 341 20.2 Diseño secuencial basado en el 74x194 .............................................................. 344 20.2.1 Carga e inhibición ....................................................................................... 344 20.2.2 El contador en anillo .................................................................................... 345 20.2.3 El contador Johnson.................................................................................... 346 20.2.4 Comunicación serie ..................................................................................... 347 20.3 Simulación ........................................................................................................... 348 20.3.1 Carga e inhibición ....................................................................................... 348 20.3.2 Contador en anillo ....................................................................................... 349 20.3.2.1 Comunicación serie ............................................................................ 350 20.3.3 Contador Johnson ....................................................................................... 351 20.3.3.1 Comunicación serie ............................................................................ 352 20.4 Componentes ...................................................................................................... 353 20.5 Verificación experimental ..................................................................................... 354 20.5.1 Carga e inhibición ....................................................................................... 354 20.5.2 Contador en anillo y comunicación serie ..................................................... 355 20.5.3 Contador Johnson y comunicación serie ..................................................... 355 20.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 356 21 Autómatas de estados finitos de Mealy y de Moore ................................. 357 21.1 Introducción ......................................................................................................... 357 21.2 Diseño secuencial según los modelos de Mealy y de Moore ............................... 360 21.2.1 Especificaciones ......................................................................................... 360 21.2.2 Diseño según el modelo de Mealy .............................................................. 360 21.2.3 Diseño según el modelo de Moore .............................................................. 363 21.3 Simulación ........................................................................................................... 366 21.3.1 Autómata de estados finitos de Mealy ......................................................... 366 21.3.2 Autómata de estados finitos de Moore ........................................................ 368 21.4 Componentes ...................................................................................................... 370 21.5 Verificación experimental ..................................................................................... 370 21.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 371 PARTE 4 Lógica secuencial asíncrona ............................................... 373 22 Biestables asíncronos.................................................................................. 377 22.1 Introducción ......................................................................................................... 377 22.2 Tres tipos de biestables asíncronos .................................................................... 379 22.2.1 Biestable asíncrono sin entradas ................................................................ 379 22.2.2 Biestable asíncrono S R .......................................................................... 380 22.2.3 Biestable asíncrono S .. R.. .......................................................................... 381 22.3 Simulación ........................................................................................................... 383 22.3.1 Biestable asíncrono S R .......................................................................... 383 22.3.1.1 Respuesta ante secuencias de entrada permitidas ............................ 384 22.3.1.2 Respuesta ante secuencias de entrada no permitidas ....................... 386 22.3.1.3 Determinación de la anchura de pulso mínima .................................. 388 22.3.2 Biestable asíncrono S .. R.. .......................................................................... 390 22.3.2.1 Respuesta ante secuencias de entrada permitidas ............................ 390 22.4 Componentes ...................................................................................................... 392 22.5 Verificación experimental .................................................................................... 393 22.5.1 Biestable asíncrono sin entradas ................................................................ 393 22.5.2 Biestable asíncrono S R .......................................................................... 393 22.5.3 Biestable asíncrono S .. R.. .......................................................................... 394 22.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 394 23 Circuitos antirrebotes con biestables asíncronos .................................... 397 23.1 Introducción ......................................................................................................... 397 23.2 La problemática de los rebotes en el diseño digital ............................................. 399 23.3 El biestable asíncrono como circuito antirrebotes ............................................... 405 23.3.1 Circuito antirrebotes NOR ........................................................................... 406 23.3.2 Circuito antirrebotes NAND ........................................................................ 407 23.3.3 Circuito antirrebotes NOT ........................................................................... 408 23.3.4 Detección del acceso a un aparcamiento ................................................... 409 23.4 Simulación ........................................................................................................... 412 23.4.1 Funcionamiento del circuito antirrebotes NAND ......................................... 412 23.4.2 Funcionamiento del circuito antirrebotes NOT ............................................ 415 23.5 Componentes ...................................................................................................... 419 23.6 Verificación experimental .................................................................................... 419 23.6.1 Circuito antirrebotes NAND ........................................................................ 419 23.6.2 Circuito antirrebotes NOT ........................................................................... 420 23.7 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 421 24 Cerradura digital de combinación .............................................................. 423 24.1 Introducción ......................................................................................................... 423 24.2 Diseño de un detector de secuencia de modo pulso ........................................... 426 24.2.1 Especificaciones ......................................................................................... 426 24.2.2 Diseño según el modelo de Mealy .............................................................. 427 24.3 Simulación ........................................................................................................... 433 24.4 Componentes ...................................................................................................... 434 24.5 Verificación experimental .................................................................................... 435 24.5.1 Funcionamiento en ausencia de circuitos antirrebotes ............................... 435 24.5.2 Empleo de un biestable básico como circuito antirrebotes ......................... 436 24.5.3 Empleo de un biestable S.. R.. como circuito antirrebotes .......................... 437 24.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 437 25 Divisor de frecuencia asíncrono ................................................................. 441 25.1 Introducción ......................................................................................................... 441 25.2 Diseño de un divisor de frecuencia por dos asíncrono ........................................ 442 25.2.1 Especificaciones ......................................................................................... 442 25.2.2 Diseño según el modelo de Moore .............................................................. 442 25.3 Simulación ........................................................................................................... 450 25.3.1 Diseño con biestables asíncronos S R ..................................................... 450 25.3.2 Diseño basado en realimentación directa (caso 1) ..................................... 451 25.3.3 Diseño basado en realimentación directa (caso 2) ..................................... 452 25.4 Componentes ...................................................................................................... 453 25.5 Verificación experimental ..................................................................................... 453 25.5.1 Diseño con biestables asíncronos S R ..................................................... 454 25.5.2 Diseño basado en realimentación directa (caso 1) ..................................... 454 25.5.3 Diseño basado en realimentación directa (caso 2) ..................................... 454 25.6 Ejercicios y cuestiones de refuerzo ..................................................................... 454 PARTE 5 Aplicaciones y plataformas de desarrollo .......................... 455 26 Aplicaciones de la decodificación .............................................................. 459 26.1 Generación de minitérminos ................................................................................ 459 26.2 Decodificación de líneas de dirección .................................................................. 461 26.2.1 Los circuitos de memoria y su capacidad de almacenamiento ................... 462 26.2.2 Decodificación de direcciones de memoria en un computador ................... 465 26.3 Decodificación de BCD a código de siete segmentos.......................................... 466 26.4 Decodificación de los estados de un contador ..................................................... 468 27 Aplicaciones de la codificación .................................................................. 471 27.1 Gestión priorizada de interrupciones en un procesador....................................... 471 27.2 Codificación de un teclado numérico .................................................................. 474 27.3 Conversión analógico-digital: el convertidor flash ................................................ 476 27.4 Codificación de vídeo digital en formato analógico .............................................. 478 28 Detección de errores con circuitos de paridad ......................................... 481 28.1 Los errores de transmisión y su detección ........................................................... 481 28.2 Transmisión en paralelo con bits de paridad ....................................................... 482 28.3 Transmisión en serie con bits de paridad ............................................................ 487 28.3.1 Comprobación de redundancia vertical ....................................................... 488 28.3.2 Comprobación de redundancia horizontal ................................................... 489 28.3.3 Comprobación de redundancia bidimensional ............................................ 490 28.4 Otras técnicas de detección de errores ............................................................... 490 29 Aplicaciones aritméticas de comparadores y sumadores ....................... 493 29.1 Selector aritmético con señal de control externa ................................................. 493 29.2 El sumador completo en los circuitos multiplicadores .......................................... 496 29.2.1 El multiplicador matricial .............................................................................. 496 29.2.2 El multiplicador con acarreo reservado ....................................................... 498 29.2.3 Otros circuitos multiplicadores .................................................................... 499 29.3 La ALU como generalización del sumador modular ............................................ 501 29.3.1 Tres circuitos ALU y sus prestaciones ........................................................ 501 29.3.2 La ALU en los computadores...................................................................... 503 30 Aplicaciones de los contadores ................................................................. 507 30.1 Contador de pulsos en sistemas automatizados ................................................. 507 30.2 Divisor de frecuencia ........................................................................................... 508 30.3 Reloj digital .......................................................................................................... 509 30.4 El temporizador digital ......................................................................................... 510 30.5 Sintetizador digital de formas de onda ................................................................ 512 30.6 Medidor de frecuencia ......................................................................................... 514 30.7 El registro-contador en los computadores ........................................................... 516 30.7.1 El computador y su estructura interna ........................................................ 517 30.7.2 El contador de programa ............................................................................ 518 30.7.3 El puntero de pila ........................................................................................ 520 30.7.4 El registro-contador de microprograma ...................................................... 521 30.7.5 El registro de cuenta de datos en los controladores DMA .......................... 523 30.7.6 El registro-contador CX de la arquitectura x86 ........................................... 525 31 Aplicaciones de los registros de desplazamiento .................................... 527 31.1 Lógica de interfaz en la transmisión de datos digitales ....................................... 528 31.1.1 El papel del registro de desplazamiento en la codificación de voz ............. 529 31.1.2 Tráfico de voz y datos en el bucle de abonado analógico .......................... 532 31.1.3 Revolución en el bucle de abonado: llega la fibra óptica ............................ 538 31.1.4 Transmisión serie síncrona ......................................................................... 539 31.1.5 Transmisión serie asíncrona ....................................................................... 541 31.2 Desplazamientos y rotaciones de bits ................................................................. 542 31.2.1 El desplazador combinacional básico ......................................................... 543 31.2.2 Desplazadores circulares ........................................................................... 544 31.2.3 Instrucciones de desplazamiento en ensamblador ..................................... 549 31.3 Establecimiento de un retardo en secuencias de bits ......................................... 551 31.4 Generación de secuencias seudoaleatorias ....................................................... 552 31.4.1 Detección de defectos en circuitos lógicos ................................................. 553 31.4.2 Fuentes de ruido blanco ............................................................................. 554 32 Aplicaciones del multiplexado .................................................................... 555 32.1 Generación de funciones lógicas ........................................................................ 556 32.2 Multiplexado de entradas analógicas en microcontroladores .............................. 557 32.3 Barrido multiplexado de visualizadores dinámicos .............................................. 558 32.3.1 Barrido multiplexado con dispositivos lógicos de función fija ...................... 558 32.3.2 Barrido multiplexado implementado en un microcontrolador ...................... 563 32.3.3 Barrido multiplexado con circuitos digitales configurables .......................... 564 32.4 El multiplexado en la Red Telefónica Conmutada ............................................... 566 32.4.1 Sistema de transmisión PCM-TDM de dos canales .................................... 566 32.4.2 Sistema de portadora digital T-1 ................................................................. 569 32.4.4 Multiplexado y demultiplexado en redes ópticas de acceso ........................ 574 33 Plataformas para el desarrollo de aplicaciones ........................................ 581 33.1 Circuitos digitales configurables y microcontroladores ........................................ 582 33.1.1 Estrategias para implementar un circuito digital .......................................... 582 33.1.2 Estructura y configuración de circuitos CPLD y FPGA ................................ 585 33.1.2.1 Arquitecturas multinivel en la lógica configurable ............................... 585 33.1.2.2 Lenguajes HDL para simulación y síntesis de circuitos ...................... 587 33.1.3 Estructura y programación de un microcontrolador ..................................... 589 33.1.3.1 El microcontrolador y sus recursos internos ....................................... 589 33.1.3.2 Organización del acceso a la memoria ............................................... 590 33.1.3.3 El repertorio de instrucciones: arquitecturas CISC y RISC ................. 592 33.1.3.4 Del código fuente al código máquina .................................................. 592 33.1.3.5 El microcontrolador en los sistemas empotrados ............................... 594 33.1.4 Microcontroladores y circuitos FPGA: similitudes y diferencias .................. 595 33.2 Circuitos configurables FPGA de Xilinx y Altera .................................................. 597 33.3 Microcontroladores PIC de Microchip .................................................................. 600 33.4 Microcontroladores AVR y ARM de Atmel ........................................................... 611 33.5 Microcontroladores MSP430 de Texas Instruments ............................................ 617 33.6 Microcontroladores STM32 de STMicroelectronics ............................................. 619 33.7 Perspectivas de futuro para los microcontroladores ............................................ 624 Apéndices ............................................................................................... 625 A El laboratorio docente ................................................................................... 627 A.1 Introducción ........................................................................................................... 627 A.2 La placa de prototipos ........................................................................................... 627 A.3 La fuente de alimentación ..................................................................................... 629 A.3.1 Prestaciones y manejo .................................................................................. 630 A.3.2 Cableado de la fuente con una carga genérica ............................................ 631 A.3.3 Alimentación sobre la placa de prototipos .................................................... 632 A.3.4 Desacoplo de la fuente de alimentación ....................................................... 634 A.4 El polímetro ........................................................................................................... 638 A.5 El osciloscopio ....................................................................................................... 639 A.5.1 El osciloscopio HM303-6 de HAMEG Instruments ........................................ 639 A.5.2 Sondas de medida para osciloscopio ........................................................... 642 A.6 Notas sobre los montajes experimentales ............................................................. 643 A.6.1 Instrumentación y su uso .............................................................................. 643 A.6.2 Consejos prácticos ....................................................................................... 644 A.6.3 Componentes auxiliares ............................................................................... 644 A.6.4 Errores comunes .......................................................................................... 644 B Riesgos eléctricos ......................................................................................... 645 B.1 Introducción ........................................................................................................... 645 B.2 La conexión a tierra ............................................................................................... 645 B.3 Severidad de una electrocución ............................................................................ 650 C Identificación de pines en circuitos integrados ......................................... 653 C.1 Numeración de pines en un CI ............................................................................. 653 C.2 Identificación de pines en puertas lógicas ............................................................ 654 C.3 Identificación de pines en otros dispositivos integrados ....................................... 655 D Identificación de terminales en componentes optoelectrónicos .............. 659 D.1 Terminales de un led ............................................................................................ 659 D.2 Terminales de un visualizador de siete segmentos .............................................. 659 E Identificación de terminales en componentes eléctricos .......................... 661 E.1 Terminales de un potenciómetro rotatorio ............................................................ 661 E.2 Terminales de un condensador electrolítico ......................................................... 662 E.2 Terminales de un interruptor SPDT de palanca basculante .................................. 663 F Valores estándar de resistencias y condensadores .................................. 665 F.1 Código de colores para resistencias ..................................................................... 665 F.2 Valores estándar de resistencias .......................................................................... 666 F.3 Valores estándar de condensadores ..................................................................... 667 G Notas de simulación ...................................................................................... 669 G.1 Introducción .......................................................................................................... 669 G.2 Guía rápida de PSpice ......................................................................................... 670 G.2.1 Creación de un proyecto .............................................................................. 670 G.2.2 Dibujo de un circuito en la ventana de esquemáticos .................................. 673 G.2.3 Perfil de simulación y ejecución ................................................................... 678 G.3 El editor de modelos de PSpice ............................................................................ 682 G.4 Conexión de un bus a un circuito ......................................................................... 684 G.5 Vinculación de un estímulo a un bus .................................................................... 684 G.6 Inicialización de biestables ................................................................................... 687 G.7 Ubicación de componentes en bibliotecas ........................................................... 688 G.7.1 Listado de todos los componentes utilizados ............................................... 689 G.7.1.1 Fuentes de tensión y estímulos digitales ............................................. 689 G.7.1.2 Semiconductores discretos ................................................................. 690 G.7.1.3 Dispositivos integrados con modelo de simulación ............................. 690 G.7.1.4 Dispositivos integrados sin modelo de simulación .............................. 691 G.7.1.5 Otros componentes ............................................................................. 691 H Notas sobre el álgebra de conmutación ...................................................... 693 H.1 Introducción .......................................................................................................... 693 H.2 Postulados y teoremas del álgebra de conmutación ............................................ 693 H.3 Funciones lógicas XOR y XNOR .......................................................................... 695 I Bibliografía ....................................................................................................... 697 I.1 Monografías ........................................................................................................... 697 I.2 Artículos de investigación ....................................................................................... 704 I.3 Hojas de características técnicas ........................................................................... 704 I.4 Manuales técnicos, guías de usuario y notas de aplicación ................................... 709 I.5 Enlaces web de interés ........................................................................................... 710 J Acrónimos ....................................................................................................... 713 K Material suplementario .................................................................................. 719 Índice ..................................................................................................... 723Si quiere tener a su alcance una colección de casos de estudio sobre diseño lógico digital, expuestos en capítulos individuales a modo de sesiones prácticas, ha llegado al libro indicado. En él se recurre a una versión gratuita del versátil programa PSpice para simular un amplio abanico de diseños digitales como paso previo a la verificación experimental de su funcionamiento, que se realizará mediante el cableado manual sobre placas de prototipos de circuitos integrados digitales de pequeña y mediana escala de integración. Gracias a los dispositivos lógicos de función fija y bajo coste, que integran desde simples puertas lógicas y biestables hasta decodificadores, multiplexores, sumadores, contadores y registros de desplazamiento, es posible experimentar con todos los diseños propuestos en el libro sin necesidad de contar con sofisticados recursos. El presente texto constituye, por tanto, un complemento formativo orientado a afianzar el aprendizaje de los fundamentos de la disciplina mediante un enfoque práctico que, además, le facilitará el abordaje del diseño de sistemas digitales mediante lenguajes de descripción hardware en una etapa adicional del aprendizaje. En esta tercera edición el material se ha agrupado en cinco partes. La primera de ellas persigue una primera toma de contacto con los circuitos integrados digitales a partir de sencillos montajes orientados a la caracterización eléctrica y temporal de puertas lógicas. La segunda parte incide en cuestiones de lógica puramente combinacional mediante diseños implementados tanto con puertas lógicas como con dispositivos modulares. En la tercera y cuarta parte se aborda el estudio de la lógica secuencial síncrona y asíncrona, respectivamente. La quinta y última parte comprende una variada selección de aplicaciones de las funciones lógicas de uso común que complementan el material previo y abren la puerta al estudio de una serie de áreas temáticas enraizadas en los fundamentos de las tecnologías electrónicas digitales, entre las que destacan los computadores y su estructura, los sistemas electrónicos de comunicaciones, el desarrollo de sistemas empotrados basados en microcontrolador y la implementación de diseños digitales empleando lógica configurable. Sin duda, este libro le será de gran utilidad si desea profundizar en la electrónica digital o si es un estudiante universitario que cursa asignaturas sobre dicha materia. Javier Vázquez del Real es profesor titular del área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Castilla-La Mancha.Si quiere tener a su alcance una colección de casos de estudio sobre diseño lógico digital, expuestos en capítulos individuales a modo de sesiones prácticas, ha llegado al libro indicado. En él se recurre a una versión gratuita del versátil programa PSpice para simular un amplio abanico de diseños digitales como paso previo a la verificación experimental de su funcionamiento, que se realizará mediante el cableado manual sobre placas de prototipos de circuitos integrados digitales de pequeña y mediana escala de integración. Gracias a los dispositivos lógicos de función fija y bajo coste, que integran desde simples puertas lógicas y biestables hasta decodificadores, multiplexores, sumadores, contadores y registros de desplazamiento, es posible experimentar con todos los diseños propuestos en el libro sin necesidad de contar con sofisticados recursos. El presente texto constituye, por tanto, un complemento formativo orientado a afianzar el aprendizaje de los fundamentos de la disciplina mediante un enfoque práctico que, además, le facilitará el abordaje del diseño de sistemas digitales mediante lenguajes de descripción hardware en una etapa adicional del aprendizaje. En esta tercera edición el material se ha agrupado en cinco partes. La primera de ellas persigue una primera toma de contacto con los circuitos integrados digitales a partir de sencillos montajes orientados a la caracterización eléctrica y temporal de puertas lógicas. La segunda parte incide en cuestiones de lógica puramente combinacional mediante diseños implementados tanto con puertas lógicas como con dispositivos modulares. En la tercera y cuarta parte se aborda el estudio de la lógica secuencial síncrona y asíncrona, respectivamente. La quinta y última parte comprende una variada selección de aplicaciones de las funciones lógicas de uso común que complementan el material previo y abren la puerta al estudio de una serie de áreas temáticas enraizadas en los fundamentos de las tecnologías electrónicas digitales, entre las que destacan los computadores y su estructura, los sistemas electrónicos de comunicaciones, el desarrollo de sistemas empotrados basados en microcontrolador y la implementación de diseños digitales empleando lógica configurable. Sin duda, este libro le será de gran utilidad si desea profundizar en la electrónica digital o si es un estudiante universitario que cursa asignaturas sobre dicha materia. Javier Vázquez del Real es profesor titular del área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Castilla-La Mancha.