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Introducción a la electrónica digital
Si estás iniciándote en la electrónica o si eres un apasionado de este mundo, este artículo te interesa. Veamos las nociones introductorias básicas. ¡Empezamos!
¿Qué es la electrónica “digital”?
Según un teorema matemático (Teorema de muestreo de Nyquist) cualquier señal se puede representar mediante números y que con estos números podremos reconstruir la señal original.
La electrónica digital es aquella rama de la electrónica en la que tan solo se opera con dos estados:
–El estado 0: nivel bajo o low, falso, interruptor abierto o salida desactivada.
–El estado 1: nivel alto o high, verdadero, interruptor cerrado o salida activada.
Dentro de un cierto límite, en la electrónica digital no importa el nivel de tensión (como ocurre en la electrónica analógica) sino que lo fundamental es la presencia o ausencia de la tensión. La presencia de un nivel de tensión (generalmente en torno a los 5 voltios) se define como el estado 1 y la ausencia de tensión como el estado 0.
Este estado 0 o 1 se denomina bit. El agrupamiento de varios bits permite la codificación -más o menos compleja y más rápida- de una información digital. El agrupamiento de 8 bits se denomina un byte; el conjunto de 16 bits es un word y el de 32 bits lo denominamos un doble word.
La representación numérica de estos valores se suele realizar en el formato hexadecimal (0,1,… A, B, C, D, E, F). Así, el número 1111111010000110 en binario es igual a FE86 en hexadecimal, lo que facilita la lectura de este número de 16 bits (o word).
La posibilidad de operar en binario (2 bits, 0 y 1) permite, usando Álgebra Booleana (lógica binaria), realizar complejos cálculos lógico-aritméticos sobre las señales de entrada. Para realizar estas operaciones lógicas se utilizan las llamadas “puertas lógicas”.
Las puertas lógicas son componentes electrónicos representados por símbolos con una o varias entradas y generalmente una sola salida resultante de la función aplicada por la puerta lógica. Las puertas lógicas más importantes y habituales son NOT, OR, AND, NOR, NAND y OR exclusiva.
Los circuitos integrados
Los estados binarios operan por medio de microtransistores. La asociación de varios cientos, miles o millones de estos transistores compone un circuito integrado, IC o microprocesador. Los circuitos integrados son los componentes más importantes en el mundo de la electrónica digital.
Los circuitos integrados se clasifican por familias y las más habituales son:
– TTL (Transistor-Transistor Logic): se identifican porque empiezan por el numero 74; por ejemplo, 7400, 7404, etc.
– CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): se identifica generalmente por el numero 4000; por ejemplo, 4001, 4002, etc. Los CMOS son especialmente delicados. La electricidad estática del cuerpo humano podría dañarlos solo con tocar sus terminales.
La electrónica digital en los vehículos
Los microprocesadores utilizados actualmente en el automóvil procesan sobre todo dobles word (32 bits), lo que les confiere precisión, rapidez y eficacia.
La mayor parte de los captadores o sensores generan señales analógicas: la información a la salida de estos captadores está contenida en el valor instantáneo, sea la intensidad, la tensión, la frecuencia o la fase. Sin embargo, la electrónica analógica presenta inconvenientes: la variación de la precisión (frecuentemente tributaria de la temperatura) y la sensibilidad de los parásitos electromagnéticos.
Por razones de calidad y, sobre todo, porque los calculadores solo tratan informaciones digitales, es necesario convertir la señal analógica en una señal digital.
¿Cómo se convierte una información analógica en una digital?
La digitalización de una información se realiza con un convertidor analógico digital o ADC (del inglés Analog to Digital Converter). Este convertidor es un componente electrónico que convierte una información que recibe de forma analógica a una digital de 8 o 16 bits.
De igual modo, también existen convertidores de digital a analógico o DAC (del inglés Digital to Analogic Converter) que reconstituyen la señal analógica a partir de datos digitales. Los DAC se utilizan frecuentemente para el control de actuadores.
La medición de la señal analógica (la misma que debe convertirse) comanda un reloj que, a su vez, determina la cadencia de un ADC con intervalos de tiempo regulares. Es lo que se denomina muestrear la señal de entrada. Entre cada muestra, el ADC convierte el punto muestreado hasta convertir toda la información.
Los progresos en el ámbito de los convertidores han sido muy significativos en los últimos años. Cada vez más rápidos, más precisos y menos caros, se han impuesto los digitales en todos los ámbitos, de la electrónica profesional a la electrónica de gran escala pasando por el automóvil. Permiten la conversión de todo tipo de fuentes analógicas, incluso el vídeo, que es muy exigente en términos de rapidez y precisión.
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