Sistemas digitales : principios y aplicaciones

970 Pages·2007·150.19 MB·Spanish

by  Tocci

www.FreeLibros.org
PEARSON
----------- NEAL S. WIDMER
Prentice' -
Hall
GREGORY L. MOSS
®

Sistemas digitales
Principios y aplicaciones

Ronald J. Tocd
Monroe Community College
Neal S. Wldmer
Purdue University
Gregory L. Moss
Purdue University
Traducdón .Wslón tiolllai
Alfonso Vldal Romero Ellzondo Reynalclo Féllx Acula
Ingeniero en Eledr6nlc.a y Comunlc.acJ6n Prof_. lnvesllgadar
Instituto Tecnol6gko y de Estudios Superiores de Departamento de lngmerfa Elédrlca
Monterrey -Campus Monterrey y Eledn\nlca
InstitutoT ec11ol6gko y de Estudios
Superiores de Monterrey
campus Estado de México
PEARSON
~
Educación
®
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/ Datos de catalogación bibliogr.ífi(~a
TOCCI, RONALD J., NEAL S. WIDMER,
GREGORY L. MOSS
Sistemas digitales.
Principios y aplicaciones
Décima edición
Pearson Educación, México, 2007
EBN: 978-970.26-0970.4
Área: Ingeniería
Formato: 21 x 27 cm Páginas:968
Authorized traslation from the English language edition, entitled Digital syst-ems: principles and applications
by Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer and Gregory L. Moss, published by Pearson Education, Inc., publishing as
Prentice Hall, Inc., Copyright ©2007, All rights reserve d.
ISBN 0131725793
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés titulada Digital syst-ems: principles and applications por
Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer and Gregory L. Moss, publicada por Pearson Education, Inc., publicada como
Prentice Hall Inc., Copyright ©2007. Todos los derechos reservados.
F.d.ición en español
Editor: Luis Miguel Cruz Castillo
e-mail: [email protected]
Editor de desarrollo: Bemardino Gutiérrez Hern.ández
Supervisor de producción: Adriana Rida Montes
DÉCIMA EDICIÓN, 2007
D.R. © 2007 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Atlacomulco 500-50. piso
Industrial Atoto
53519, Naucalpan de Juárez, Edo. de México
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031.
Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse
o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea
electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin
permiso previo por escrito del editor.
El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también
la autorización del editor o de sus representantes.
ISBN 10: 970-26-0970-4
ISBN 13: 978-970-26-0970-4
Impreso en México. Printed in Mexico.
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A ti, Cap, por amanne tanto tiempo; y por las mil y una maneras
de iluminar las vidas de todos los que tocas.
- RJT
A mi esposa Kris y a nuestros hijos ]ohn, Brad, Blake, Matt y
Katie: por prestarme el tiempo y atención que les quité al realizar
esta revisión.
- NSW
A mi familia: Marita, David y Ryan.
- GLM

PREFACIO
Este libro es un estudio completo sobre los principios y las técnicas de los siste
mas digitales modernos. Enseña los principios fundamentales sobre los sistemas
digitales y cubre con amplitud los métodos tradicional y moderno para aplicar las
técnicas de diseño y desarrollo digital, incluyendo cómo administrar un proyecto
a nivel de sistemas. El libro está planeado para utilizarse en programas de dos y
cuatro años relacionados con tecnología, ingeniería y ciencias computacionales.
Aunque sería de utilidad tener conocimientos sobre electrónica básica, la mayor
parte del material no lo requiere. Se pueden omitir las partes del texto en las que
se utilizan conceptos sobre electrónica sin peligro de afectar la comprensión de los
principios de lógica.
Mejoras generales
La décima edición de Sist.emas digitales refleja los puntos de vista de los autores en
relación con la dirección de la electrónica digital moderna. En la industria actual
podemos ver la importancia de liberar un producto en el mercado lo más rápido
posible. El uso de herramientas de diseño modernas, dispositivos lógicos programa
bles complejos, CPLD, y arreglos de compuertas programables por campo (FPGA)
permite a los ingenieros progresar de los conceptos al silicón funcional con mucha
rapidez. Los microcontroladores se están haciendo cargo de muchas aplicaciones
que antes se implementaban mediante circuitos digitales, por lo que se ha estado
usando la DSP para sustituir muchos circuitos análogos. Es sorprendente que los
microcontroladores, la DSP y todos los componentes lógicos necesarios puedan
ahora consolidarse en una sola FPGA mediante el uso de un lenguaje de descrip
ción de hardware con herramientas de desarrollo avanzadas. Ahora, los estudiantes
deben estar expuestos a estas modernas herramientas, inclusive hasta en un curso
introductorio. Es responsabilidad de cada educador encontrar la mejor forma de
preparar a los graduandos para el trabajo que encontrarán en su vida profesional.
Las piezas SSI y MSI estándar que han servido como "ladrillos y mortero" en
la construcción de sistemas digitales durante más de 40 años ahora se están vol
viendo obsoletas. Muchas de las técnicas que se han enseñado se enfocan en la
optimización de circuitos que se crean a partir de estos dispositivos fuera de moda.
Los temas que se adaptan en forma única a la aplicación de la antigua tecnología
pero que no contribuyen a una comprensi.ón de la nueva tecnología deben eliminarse
del currículum. No obstante y desde un punto de vista educativo, estos pequeños
VIII PREFACIO
circuitos integrados (CI) ofrecen una forma de estudiar los circuitos digitales sim
ples, además de que el cableado de circuitos mediante el uso de "breadboards"
(tarjetas experimentales o tableros experimentales) es un ejercicio pedagógico
valioso. Estos ejercicios nos ayudan a reforzar conceptos tales como las entradas y
salidas binarias, la operación de un dispositivo físico y las limitaciones prácticas,
mediante el uso de una plataforma muy simple. En consecuencia hemos optado
por seguir presentando las descripciones conceptuales de los circuitos digitales
y ofrecer ejemplos en los que se utilicen piezas lógicas estándar convencionales.
Para los instructores que deseen seguir enseñando los fundamentos mediante el
uso de circuitos SSI y MSI, este libro retiene esas cualidades que han provocado
una amplia aceptación de las ediciones pasadas. Incluso muchas herramientas de
diseño de hardware proporcionan una técnica introductoria de diseño fácil de usar,
en la que se emplea la funcionalidad de las piezas estándar convencionales con
la flexibilidad de los dispositivos lógicos programables. Un diseño digital puede
describirse mediante el uso de un dibujo esquemático con bloques de construcción
predefinidos, los cuales son equivalentes a las piezas estándar convencionales, que
pueden compilarse y después programarse directamente en un PLD de destino con
la capacidad adicional de poder simular con facilidad el diseño dentro de la misma
herramienta de desarrollo.
Creemos que los graduandos podrán aplicar los conceptos que se presentan en
este libro mediante el uso de métodos de descripción de nivel superior y disposi
tivos programables más complejos. El cambio más importante en el campo es una
mayor necesidad de comprender los métodos de descripción, en vez de enfocarse
en la arquitectura de un dispositivo específico. Las herramientas de software han
evolucionado a un punto en el que hay muy poca necesidad de preocuparse por el
funcionamiento interno del hardware y es mucho más necesario enfocarse en qué
es lo que entra, qué es lo que sale y cómo puede el diseñador describir lo que se
supone debe hacer el dispositivo. También creemos que los graduandos se involu
crarán con proyectos en los que se utilice lo más nuevo en herramientas de diseño
y soluciones de hardware.
Este libro ofrece una ventaja estratégica para enseñar el nuevo y vital tema de
los lenguajes de descripción de hardware a los principiantes en el campo digital.
En estos momentos, VHDL e.s sin duda un lenguaje estándar en la industria, pero
también es muy complejo y con una curva de aprendizaje bastante pronunciada.
A menudo los estudiantes principiantes se desalientan debido a los rigurosos reque
rimientos de diversos tipos de datos, y luchan por comprender los eventos de dispa
ro por borde que se utilizan en VHDL. Por fortuna Altera ofrece el AHDL, un
lenguaje menos exigente que utiliza los mismos conceptos básicos que el VHDL
pero más sencillo de dominar para los principiantes. Así, los instructores pueden
q>tar por utilizar AHDL para enseñar a los estudiantes principiantes, o VHDL para
las clases más avanzadas. Esta edición ofrece más de 40 ejemplos con AHDL, otros
tantos con VHDL y muchos ejemplos de prueba de simulación. Todos estos archivos de
diseño están disponibles en el CD-ROM que acompaña al libro.
El sistema de desarrollo de software más reciente de Altera es Quartus II. El
software MAX+ PLUS II que se ha utilizado durante muchos años aún sigue siendo
popular en la industria y cuenta con soporte por parte de Altera. Su principal des
ventaja es que no programa los dispositivos más recientes. El material de este texto
no está enfocado a enseñar una plataforma específica de hardware ni los detalles
acerca del uso de un sistema de desarrollo de software. Las nuevas revisiones de
software aparecen con tanta frecuencia que un libro de texto no podría mantenerse
actualizado si tratara de desaibir todos los detalles. Hemos tratado de demostrar
lo que esta herramienta puede hacer, en vez de enseñar al lector cómo utilizarla.
Sin embargo, en el CD-ROM que viene con este libro hemos incluido tutoriales para
facilitar el aprendizaje de cualquiera de estos dos paquetes de software. Los ejem
plos de AHDL y VHDL son compatibles con los sistemas Quartus o MAX+ PLUS.
Las simulaciones de temporización se desarrollaron mediante el uso de MAX+
PLUS, pero también pueden realizarse con Quartus.
Hay muchas opciones de hardware de laboratorio disponibles para los usua
rios de este libro. Existen muchas tarjetas de desarrollo CPLD y FPGA para que