TEMA 1:

INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS DIGITALES

SISTEMAS. ANALISIS Y SINTESIS

SISTEMA

E1 E2 E3CANALES CANALES

SISTEMA

E4 E5 E6DE

ENTRADA

DE

SALIDA

SISTEMA ESTRUCTURA

ELEMENTOS ENLACES

COMPORTAMIENTO CANALES DE ENTRADA CANALES DE SALIDA

ESTRUCTURA DEL SISTEMA

COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA

Anlisis

S t iSntesis

ANALISIS FUNCION DE TRANSFERENCIA

SALIDA = F(Entrada, Estado del sistema)

Seal Analgica Una seal transporta informacinv

g Una seal transporta informacinanalgica si el modelo matemtico quela describe es una funcin continua.La informacin la proporciona el valor

t

La informacin la proporciona el valorque toma la seal en cada instante.

t

Una misma seal puede transportar tanto i f i l i di it l

Seal Digital

informacin analgica como digital.

v Una seal transporta informacin digitalsi el modelo matemtico que la describees una funcin discreta. En la prctica

t

pdos niveles elctricos.La informacin se codifica mediante elnmero de pulsos (cambios de nivel) sunmero de pulsos (cambios de nivel), suanchura, frecuencia, etc.

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DIGITALES

Lo analgico Lo digital

Lo real Lo virtual

Magnitud analgica: representacin temporal continua.

Ejemplos: temperatura, presin, velocidad, ...

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22

1

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0 5 10 15 20 25 30 t(ms)

Variable digital: representacin temporal discreta.

Estrictamente no tienen una realidad fsica.

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3

2

0 5 10 15 20 25 30 t(ms)

2

1

0

Si i li l Si queris que realice algn trabajo me lo tenis que expresar con nmeros. Pero NO con nmerosPero NO con nmeros decimales, como es

vuestra costumbre, si no con nmeros binarios.

Contando en decimal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11, 12, 13 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, ..., 98, 99, 100, 101, ...

Contando en binario: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111, 10000, 10001, ....

En los circuitos de las mquinas digitales, los ceros y los unos se materializan en forma de niveles de tensin.

NIVELES LOGICOS 0 0 voltios 1 5 voltiosNIVELES LOGICOS: 0 0 voltios, 1 5 voltios

MATERIALIZACION FISICA DE LOS NIVELES LOGICOS

MAQUINADIGITAL

A

MAQUINADIGITAL

B

1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1

A B

1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1

5 Voltios

0 VoltiosIDEAL

Nivel lgico 1 ~ 5 V

0 Voltios

Nivel lgico 0 ~ 0 V REAL5 V

Tiempo

CONVERSIN ANALGICA-DIGITAL Y DIGITAL ANALGICA GENERALIDADESDIGITAL-ANALGICA: GENERALIDADES.

El mundo real es por naturaleza analgico. En la mayora de los casos es ms adecuado el procesamiento digital.

Si se quiere tratar digitalmente seales analgicas procedentes del mundo fsico es precisoi t l l t d l lid d l i di it l i t f tidintercalar en la entrada y en la salida de la mquina digital unos interfaces convertidoresanalgico-digital y digital-analgico, respectivamente, que permitan al procesador digitalinteraccionar con el mundo fsico que le rodea.

SEN-SOR

MUNDO FSICO

CONVER-

TIDORMAQUINA

DIGITAL

CONVER-

TIDOR ACTUA-DORMUNDO FSICO

MAGNITUD ANALGICA

MAGNITUD ANALGICA

SEAL ANALGICA EN TENSIN O

CORRIENTE

SEAL DIGITAL

SEAL ANALGICA EN TENSIN O

CORRIENTE

SEAL DIGITAL

La digitalizacin es un proceso que aplicado a una seal analgica permite obtener unai d l i i d bi i

SORFSICOA/D

DIGITALD/A

DOR FSICO

representacin de la misma como una secuencia de nmeros binarios. El proceso inverso (conversin digital-analgica) permite obtener una seal analgica a partir

de una secuencia binaria.

CONVERSIN ANALGICA-DIGITAL Y DIGITAL-ANALGICA: GENERALIDADESEn la figura se muestra grficamente el proceso de digitalizacin aplicado a una seal analgica parag g p g p g plongitudes de palabra de 4 y 5 dgitos binarios. Se toman muestras de la seal analgica a intervalos detiempo regulares y la magnitud de la seal en estos instantes se expresa en binario. La muestra analgicaqueda truncada al entero inferior.

El resultado de la digitalizacin sera la secuencia de palabras cdigo obtenidas Adems es preciso

1111

1110

111101110111100

El resultado de la digitalizacin sera la secuencia de palabras cdigo obtenidas. Adems, es precisoaadir a esta secuencia la frecuencia de muestreo utilizada.

1110

1101

1100

1011

11100110111101011001110001011110110

1010

1001

1000

10101101001001110010100011000001111

0111

0110

0101

0100

011100110101100010110101001001010000100

0011

0010

0001

00111001100010100100000110001000001

00000000100000

TIEMPO TIEMPO

CONVERSIN ANALGICA-DIGITAL Y DIGITAL-ANALGICA: Ejemplo

En la figura se muestra grficamente el proceso de digitalizacin aplicado a una seal analgica. Se hatomado una muestra de la seal analgica cada milisegundo. La magnitud de la muestra se ha expresadodigitalmente con una palabra cdigo de 4 dgitos binarios. Se ha asumido (en este caso) que una unidadbinaria representa la dieciseisava parte de la amplitud mxima de la seal analgica.

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3

2

1

00 5 10 15 20 25 30 t(ms)

0

CONVERSIN ANALGICA-DIGITAL Y DIGITAL-ANALGICA: Ejemplo (continuacin)En la figura inferior se muestra el resultado que se obtendra en la salida de un convertidor D/A cuya entrada es

li t d l i d l b di bt id l di it li i t ialimentada con la secuencia de palabras cdigo obtenida en la digitalizacin anterior.

Se trata de una aproximacin a la seal original. Esta aproximacin se mejora aumentando, en la digitalizacin, lalongitud de palabra (por tanto el nmero de escalones posibles) y la frecuencia de muestreo (es decir, el nmero demuestras por segundo).

1010

1100

1110 1110

10111011

11001100

10111010

15

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13

12

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10

muestras por segundo).

0100

0101

01100111

01111000

10011000

0110

01010100 0100

1001 1001

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0110 0110

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0001

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0100 01000011

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00100010

3

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1

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0 5 10 15 20 25 30 t(ms)

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9

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1

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0 5 10 15 20 25 30 t(ms)

INTRODUCCIN. PROCESAMIENTO DIGITAL.

L l d i t l tifi i l t t i t l i DLos procesos reales, ya sean de origen natural o artificial, presentan un comportamiento analgico. De manera que, cuando se mide una magnitud implicada en uno de estos procesos, se obtiene una seal analgica que contiene la informacin relativa a dicha magnitud.

El procesamiento analgico de estas seales frecuentemente presenta serios inconvenientes.El procesamiento analgico de estas seales frecuentemente presenta serios inconvenientes.

El procesamiento digital de seales (DSP), de implementacin asequible con las modernas mquinas digitales, proporciona una serie de capacidades y ventajas no disponibles en el procesamiento analgico.

PROGRAMABILIDAD: un mismo sistema fsico puede ser utilizado en una gran variedad de casos con slo reprogramarlo.

ESTABILIDAD: el comportamiento de una mquina digital no se ve alterado por cambios en las condicionesESTABILIDAD: el comportamiento de una mquina digital no se ve alterado por cambios en las condiciones ambientales (temperatura, presin, humedad, paso del tiempo, etc. ) siempre que stos se mantengan dentro de unos mrgenes.

REPETITIVIDAD: todas las mquinas digitales (del mismo tipo) bajo el control del mismo programa realizanREPETITIVIDAD: todas las mquinas digitales (del mismo tipo) bajo el control del mismo programa realizan las mismas operaciones y obtienen los mismos resultados.

POSIBILIDAD DE UTILIZAR CDIGOS QUE PERMITEN LA DETECCIN Y CORRECIN DE ERRORES.

SIMPLICIDAD EN EL ALMACENAMIENTO Y TRANSMISIN DE DATOS.

POSIBILIDAD DE COMPRESIN DE DATOS.

. . .

BCDsistemas