Los circuitos digitales o electrónica digital es una rama de la electrónica que se ocupa de las señales digitales para realizar las diversas tareas para cumplir con los diversos requisitos. La señal de entrada aplicada a estos circuitos es de forma digital, que se representa en formato de lenguaje binario de 0 y 1. Estos circuitos se diseñan utilizando puertas lógicas como puertas Y, O, NO, NANAD, NOR, XOR que realizan operaciones lógicas. Esta representación ayuda al circuito a cambiar de un estado a otro para proporcionar una salida precisa. Los sistemas de circuitos digitales están diseñados principalmente para superar la desventaja de los sistemas analógicos que son más lentos y los datos de salida que se obtienen pueden contener un error.
¿Qué es un circuito digital?
Definición : Un circuito digital se diseña mediante el uso de varias puertas lógicas en un solo circuito integrado - IC. La entrada a cualquier circuito digital está en forma binaria '0's' y '1's'. La salida obtenida al procesar datos digitales brutos es de un valor preciso. Estos circuitos se pueden representar de 2 formas, ya sea de forma combinacional o secuencial.
Conceptos básicos de circuitos digitales
El diseño de circuitos digitales se inició por primera vez con un diseño de relés, tubos de vacío posteriores, TTL Lógica transistor-transistor , Lógica acoplada al emisor, y Lógica CMOS. Estos diseños utilizan una gran cantidad de puertas lógicas como AND, OR, NOT, etc. integradas en un solo IC. La entrada y salida de datos digitales se representan en el tabla de verdad lógica y diagrama de tiempos.
Nivel lógico
Los datos digitales se representan en un formato lógico, es decir, en formato '0' y '1'. Donde el 0 lógico representa que la señal es baja o 'GND' y el 1 lógico representa que la señal es alta o está conectada al suministro 'VCC' como se muestra a continuación
Nivel lógico
Tabla de verdad lógica
Una tabla de verdad lógica es una representación matemática del rendimiento de una señal digital cuando pasa a través del circuito digital. La tabla consta de 3 columnas: la columna del reloj, la columna de entrada y la columna de salida. Por ejemplo, la tabla lógica de NO puerta se representa de la siguiente manera
| Señal de reloj | Lógica de entrada | Lógica de salida |
Alto | 0 | 1 |
| Alto | 1 | 0 |
Diagrama de tiempo
El comportamiento de la señal digital se representa en formato de dominio de tiempo, por ejemplo, si consideramos NO la tabla de verdad de la puerta lógica, el diagrama de tiempo se representa de la siguiente manera cuando el reloj es alto, la entrada es baja y la salida es alta. De manera similar, cuando la entrada es alta, la salida baja.
Diagrama de tiempo
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Puertas
Una puerta lógica es un componente electrónico que se implementa mediante una función booleana. Las puertas generalmente se implementan usando diodos, transistores y relés. Hay diferentes tipos de puertas lógicas: Y, O, NO, NANAD, NOR, XOR. Entre los cuales AND, OR, NOT son puertas básicas y NAND y NOR son la puerta universal. Consideremos la representación de la puerta AND como se muestra a continuación, que tiene 2 entradas y una salida.
Y puerta
| Señal de reloj | Lógica de entrada 1 | Lógica de entrada 2 | Lógica de salida |
| Alto | 0 | 0 | 0 |
| Alto | 0 | 1 | 0 |
| Alto | 1 | 0 | 0 |
| Alto | 1 | 1 | 1 |
La tabla de verdad de la puerta AND
Diagrama de tiempo de la puerta AND
Hay muchas formas de construir un circuito digital que usa puertas lógicas creando lógica combinacional, un circuito lógico secuencial o un dispositivo lógico programable que usa tablas de búsqueda, o usando una combinación de muchos IC, etc. están diseñados con formato de circuito combinacional y secuencial como se muestra a continuación
Circuito lógico combinacional
Es una combinación de varias puertas lógicas como AND, OR, NOT. El diseño de la lógica combinacional se realiza de tal manera que la salida depende de la entrada actual y la lógica es independiente del tiempo. Circuitos lógicos combinacionales se clasifican en 3 tipos, son
Circuito lógico combinacional
- Funciones aritméticas y lógicas: Sumadores, Sustractores , Comparadores , PLD
- Transmisiones de datos: Multiplexores, demultiplexores , Codificadores, decodificadores
- Convertidores de código: Binario , BCD , 7 segmentos.
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Circuito secuencial
El diseño del circuito secuencial es diferente del circuito combinacional. En un circuito secuencial, la lógica de salida depende de los valores de entrada presentes y pasados. También consta de un elemento de memoria que almacena el procesamiento y los datos procesados. Los circuitos secuenciales se clasifican en 2 tipos:
- Circuito sincrónico
- Circuito asincrónico
Algunos de los ejemplos de circuitos secuenciales son flip flops, relojes , contadores , etc.
Diagrama de circuito secuencial
Diseño de circuitos digitales
Los circuitos digitales se pueden diseñar de las siguientes formas:
- Uso de la representación secuencial del sistema y la representación del sistema combinacional
- Usando los métodos matemáticos reduciendo algoritmos de redundancia lógica como K-Map , Álgebra de Boole , Algoritmo QM, diagramas de decisión binarios, etc.
- El uso de máquinas de flujo de datos que constan de registros y buses o alambre. Los datos se comunican entre varios componentes mediante buses y registros. Estas máquinas están diseñadas utilizando lenguajes de descripción de hardware como VHDL o Verilog .
- Una computadora es una máquina lógica de transferencia de registro de propósito general diseñada microprograma y procesador de microsecuenciador.
Problemas de diseño de circuitos digitales
Dado que los circuitos digitales están construidos con componentes analógicos como resistencias, relés, transistores, diodos, flip flops, etc. Es necesario tener en cuenta que estos componentes no afectan el comportamiento de la señal o los datos durante la operación del circuito digital. Los siguientes son problemas de diseño que generalmente se observan,
- Pueden ocurrir problemas tales como fallas debido a un diseño inadecuado del sistema
- La sincronización incorrecta de una señal de reloj diferente conduce a la metaestabilidad en el circuito
- Los circuitos digitales calculan más repetidamente debido a la alta inmunidad al ruido.
Ejemplos de circuitos digitales
Los siguientes son ejemplos de circuitos digitales.
- Teléfonos móviles
- Radios
- Calculadoras, etc.
Ventajas
Las siguientes son las ventajas
- La precisión y la programabilidad son altas
- Fácil de guardar datos digitales
- Inmune al ruido
- Se pueden integrar muchos circuitos digitales en un solo IC
- Muy flexible
- Alta fiabilidad
- Una alta tasa de transmisión.
- Muy seguro.
Desventajas
Las siguientes son las desventajas
- Operan solo con señales digitales
- Consume más energía que los circuitos analógicos
- La disipación de calor es más
- Alto costo.
Aplicaciones
Las siguientes son las aplicaciones
- ADC - Convertidor analógico a digital
- DAC - Convertidor digital a analógico
- Generador de señales
- CRO
- A tarjeta electrónica , etc.
Preguntas frecuentes
1). ¿Para qué se utilizan los circuitos digitales?
Los circuitos digitales se utilizan para realizar operaciones lógicas booleanas.
2). ¿Cómo funciona el circuito digital?
El circuito digital funciona con señales discretas, que se representan en forma binaria de 0 y 1.
3). ¿Cuáles son los componentes básicos del circuito digital?
Los componentes básicos de los circuitos digitales son flip flops, diodos, transistores, puertas, etc.
4). ¿De qué está hecho un circuito?
Un circuito electrónico está formado por una serie de componentes pasivos y activos, que se conectan mediante cables conductores.
5). Mencione algunos ejemplos de componentes activos y pasivos.
- Ejemplos de componentes activos son diodos, IC, tubos de vacío de triodo, etc.
- Ejemplos de componentes pasivos son resistor, condensador, inductor, transformador, etc.
6). ¿Por qué usamos una resistencia en circuitos?
Usamos una resistencia en el circuito para controlar el flujo de corriente.
Un circuito electrónico está formado por una serie de componentes pasivos y activos, que se conectan mediante cables conductores. Son dos tipos de circuitos son circuito analógico y circuito digital. La entrada a un circuito analógico es una señal variable continua, que proporciona información de la señal como corriente, voltaje, etc. La señal de entrada del circuito digital está en un formato de dominio de tiempo discreto, que se representa en '0' y '1'. Proporciona la intensidad de la señal, la relación de ruido, la atenuación, etc., propiedades de una señal digital. La principal ventaja de utilizar circuitos digitales es que son fáciles de implementar y comprender.
