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Sistema Digital y Sistema Analógico: concepto, ventajas y ejemplos




Enviado por gus_wolvering




    Sistema Digital y Sistema
    Analógico:
    concepto,
    ventajas y ejemplos

    1. Sistema
      Analógico y Sistema Digital
    2. Señal Analógica
    3. Señal Digital
    4. Ventajas de los
      Circuitos Digitales
    5. Ventajas del procesado digital de señales frente al
      analógico
    6. Ejemplos
      de aquellos sistemas analógicos que ahora se han vuelto
      digitales
    7. Ejemplo de un sistema electrónico
      analógico
    8. Sistemas que utilizan métodos digitales y
      analógicos
    9. Bibliografía

    Sistema
    Analógico y Sistema Digital

    Los circuitos
    electrónicos se pueden dividir en dos amplias
    categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con
    valores
    discretos, mientras que la electrónica analógica
    emplea magnitudes con valores continuos.

    Un sistema
    digital
    es cualquier dispositivo destinado a la
    generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de
    señales
    digitales. También un sistema digital es una
    combinación de dispositivos diseñado para manipular
    cantidades físicas o información que estén representadas
    en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores
    discretos.

    La mayoría
    de las veces estos dispositivos son electrónicos, pero
    también pueden ser mecánicos, magnéticos o
    neumáticos.

    Para el análisis y la síntesis
    de sistemas
    digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de
    Boole.

    Los sistemas
    digitales pueden ser de dos tipos:

    • Sistemas digitales
      combinacionales
      : Son aquellos en los que la salida del
      sistema sólo depende de la entrada presente. Por lo
      tanto, no necesita módulos de memoria, ya que
      la salida no depende de entradas previas.
    • Sistemas digitales
      secuenciales
      : La salida depende de la entrada actual y de
      las entradas anteriores. Esta clase de
      sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la
      información de la 'historia pasada' del
      sistema.

    Para la
    implementación de los circuitos digitales, se utilizan
    puertas lógicas (AND, OR y NOT) y transistores.
    Estas puertas siguen el comportamiento
    de algunas funciones
    booleanas.

    Se dice que un
    sistema es analógico cuando las magnitudes
    de la señal se representan mediante variables
    continuas, esto es análogas a las magnitudes que
    dan lugar a la generación de esta señal. Un
    sistema analógico contiene dispositivos que
    manipulan cantidades físicas representadas en forma
    analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades
    varían sobre un intervalo continuo de valores.

    Así, una
    magnitud analógica es aquella que toma valores continuos.
    Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores
    discretos.

    La mayoría
    de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la
    naturaleza en
    forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a
    lo largo de un día la temperatura no varía entre,
    por ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea,
    sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese
    intervalo. Otros ejemplos de magnitudes analógicas son el
    tiempo, la
    presión, la distancia, el sonido.

    Señal Analógica

    Una señal
    analógica es un voltaje o corriente que varía suave
    y continuamente. Una onda senoidal es una señal
    analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y
    del video son
    señales analógicas que varían de acuerdo con
    el sonido o variaciones de la luz que
    corresponden a la información que se está
    transmitiendo.

    Señal Digital

    Las señales
    digitales, en contraste con las señales analógicas,
    no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o
    en incrementos discretos. La mayoría de las señales
    digitales utilizan códigos binarios o de dos
    estados.

    Ventajas de los Circuitos Digitales

    La revolución
    electrónica ha estado vigente
    bastante tiempo; la revolución del "estado sólido"
    comenzó con dispositivos analógicos y aplicaciones
    como los transistores y los radios transistorizados. Cabe
    preguntarse ¿por qué ha surgido ahora una
    revolución digital?

    De hecho, existen muchas
    razones para dar preferencia a los circuitos digitales sobre los
    circuitos analógicos:

    Reproducibilidad de
    resultados
    . Dado el mismo conjunto de entradas
    (tanto en valor como en
    serie de tiempo), cualquier circuito digital que hubiera sido
    diseñado en la forma adecuada, siempre producirá
    exactamente los mismos resultados. Las salidas de un circuito
    analógico varían con la temperatura, el voltaje de
    la fuente de alimentación, la
    antigüedad de los componentes y otros factores.

    Facilidad de
    diseño
    . El diseño
    digital, a menudo denominado "diseño lógico", es
    lógico. No se necesitan habilidades matemáticas especiales, y el comportamiento
    de los pequeños circuitos lógicos puede
    visualizarse mentalmente sin tener alguna idea especial acerca
    del funcionamiento de capacitores,
    transistores u otros dispositivos que requieren del cálculo
    para modelarse.

    Flexibilidad y
    funcionalidad
    . Una vez que un problema se ha
    reducido a su forma digital, podrá resolverse utilizando
    un conjunto de pasos lógicos en el espacio y el
    tiempo.

    Por ejemplo, se puede
    diseñar un circuito digital que mezcle o codifique su voz
    grabada de manera que sea absolutamente indescifrable para
    cualquiera que no tenga su "clave" (contraseña), pero
    ésta podrá ser escuchada virtualmente sin
    distorsión por cualquier persona que posea
    la clave. Intente hacer lo mismo con un circuito
    analógico.

    Programabilidad.
    Usted probablemente ya esté familiarizado con las computadoras
    digitales y la facilidad con la que se puede diseñar,
    escribir y depurar programas para
    las mismas. Pues bien, ¿adivine qué? Una gran parte
    del diseño digital se lleva a cabo en la actualidad al
    escribir programas, también, en los lenguajes de
    descripción de lenguaje de
    descripción de Hardware (HDLs,
    por sus
    siglas en inglés),

    Estos lenguajes le permiten
    especificar o modelar tanto la estructura
    como la función de
    un circuito digital. Además de incluir un compilador, un
    HDL típico también tiene programas de simulación
    y síntesis. Estas herramientas
    de programación (software) se utilizan para
    verificar el comportamiento del modelo de
    hardware antes que sea construido, para posteriormente realizar
    la síntesis del modelo en un circuito, aplicando una
    tecnología
    de componente en particular.

    Velocidad.
    Los dispositivos digitales de la actualidad son muy veloces. Los
    transistores individuales en los circuitos
    integrados más rápidos pueden conmutarse en
    menos de 10 picosegundos, un dispositivo completo y complejo
    construido a partir de estos transistores puede examinar sus
    entradas y producir una salida en menos de 2 nanosegundos. Esto
    significa que un dispositivo de esta naturaleza puede producir
    500 millones o más resultados por segundo.

    Economía.
    Los circuitos digitales pueden proporcionar mucha funcionalidad
    en un espacio pequeño. Los circuitos que se emplean de
    manera repetitiva pueden "integrarse" en un solo "chip" y
    fabricarse en masa a un costo muy bajo,
    haciendo posible la fabricación de productos
    desechables como son las calculadoras, relojes digitales y
    tarjetas
    musicales de felicitación. (Usted podría
    preguntarse, "¿acaso tales cosas son algo bueno?"
    ¡No importa!)

    Avance tecnológico
    constante.
    Cuando se diseña un sistema digital,
    casi siempre se sabe que habrá una tecnología
    más rápida, más económica o en todo
    caso, una tecnología superior para el mismo caso poco
    tiempo.

    Los diseñadores
    inteligentes pueden adaptar estos avances futuros durante el
    diseño inicial de un sistema, para anticiparse a la
    obsolescencia del sistema y para ofrecer un valor agregado a los
    consumidores. Por ejemplo, las computadoras portátiles a
    menudo tienen ranuras de expansión para adaptar procesadores
    más rápidos o memorias
    más grandes que las que se encuentran disponibles en el
    momento de su presentación en el mercado.

    De este modo, esto es
    suficiente para un matiz de mercadotecnia
    acerca del diseño digital.

    Ventajas del
    procesado digital de señales frente al
    analógico

    Existen muchas razones por las
    que el procesado digital de una señal analógica
    puede ser preferible al procesado de la señal directamente
    en el dominio
    analógico. Primero, un sistema digital programable permite
    flexibilidad a la hora de reconfigurar las operaciones de
    procesado digital de señales sin más que cambiar el
    programa. La
    reconfiguración de un sistema analógico implica
    habitualmente el rediseño del hardware, seguido de la
    comprobación y verificación para ver que opera
    correctamente.

    También desempeña
    un papel importante al elegir el formato del procesador de
    señales la consideración de la precisión.
    Las tolerancias en los componentes de los circuitos
    analógicos hacen que para el diseñador del sistema
    sea extremadamente difícil controlar la precisión
    de un sistema de procesado analógico de
    señales.

    En cambio, un
    sistema digital permite un mejor control de los
    requisitos de precisión. Tales requisitos, a su vez,
    resultan en la especificación de requisitos en la
    precisión del conversor A/D y del procesador digital de
    señales, en términos de longitud de palabra,
    aritmética de coma flotante frente a coma fija y factores
    similares.

    Las señales digitales se
    almacenan fácilmente en soporte magnético (cinta o
    disco) sin deterioro o pérdida en la fidelidad de la
    señal, aparte de la introducida en la conversión
    A/D. Como consecuencia, las señales se hacen
    transportables y pueden procesarse en tiempo no real en un
    laboratorio
    remoto.

    El método de
    procesado digital de señales también posibilita la
    implementación de algoritmos de
    procesado de señal más sofisticados. Generalmente
    es muy difícil realizar operaciones matemáticas
    precisas sobre señales en formato analógico, pero
    esas mismas operaciones pueden efectuarse de modo rutinario sobre
    un ordenador digital utilizando software.

    En algunos casos, la
    implementación digital del sistema de procesado de
    señales es más barato que su equivalente
    analógica. El menor coste se debe a que el hardware
    digital es más barato o, quizás, es resultado de la
    flexibilidad ante modificaciones que permite la
    implementación digital.

    Como consecuencia de estas
    ventajas, el procesado digital de señales se ha aplicado a
    sistemas prácticos que cubren un amplio rango de
    disciplinas.

    Citamos, por ejemplo, la
    aplicación de técnicas
    de procesado digital de señales al procesado de voz y
    transmisión de señales en canales
    telefónicos, en procesado y transmisión de imágenes,
    en sismología y geofísica, en prospección
    petrolífera, en la detección de explosiones
    nucleares, en el procesado de señales recibidas del
    espacio exterior, y en una enorme variedad de
    aplicaciones.

    Sin embargo, como ya se ha
    indicado, la implementación digital tiene sus
    limitaciones
    . Una limitación práctica es la
    velocidad de
    operación de los conversores A/D y de los procesadores
    digitales de señales. Veremos que las señales con
    anchos de banda extremadamente grandes precisan conversores A/D
    con una velocidad de muestreo alta y
    procesadores digitales de señales rápidos.
    Así, existen señales analógicas con grandes
    anchos de banda para las que la solución mediante
    procesado digital de señales se encuentra
    más allá del" estado del arte" del
    hardware digital.

    Ejemplos de aquellos
    sistemas analógicos que ahora se han vuelto
    digitales.

    Fotografías. La mayoría de las
    cámaras todavía hacen uso de películas que
    tienen un recubrimiento de haluros de plata para grabar
    imágenes. Sin embargo, el incremento en la densidad de los
    microcircuitos o "chips" de memoria digital ha permitido el
    desarrollo de
    cámaras digitales que graban una imagen como una
    matriz de 640
    x 480, o incluso arreglos más extensos de pixeles donde
    cada pixel almacena las intensidades de sus componentes de
    color rojo, verde
    y azul de 8 bits cada uno.

    Esta gran cantidad de datos, alrededor
    de siete millones de bits en este ejemplo puede ser procesada y
    comprimida en un formato denominado JPEG y reducirse a un
    tamaño tan pequeño como el equivalente al 5% del
    tamaño original de almacenamiento dependiendo de la
    cantidad de detalle de la imagen. De este modo las cámaras
    digitales dependen tanto del almacenamiento como del
    procesamiento digital.

    Grabaciones de
    video.
    Un disco versátil digital de
    múltiples usos (DVD por las
    siglas de digital versatile disc) almacena video en un
    formato digital altamente comprimido denominado MPEG-2. Este
    estándar codifica una pequeña fracción de
    los cuadros individuales de video en un formato comprimido
    semejante al JPEG y codifica cada uno de los otros cuadros como
    la diferencia entre éste y el anterior.

    La capacidad de un DVD de una
    sola capa y un solo lado es de aproximadamente 35 mil millones de
    bits suficiente para grabar casi 2 horas de video de alta
    calidad y un
    disco de doble capa y doble lado tiene cuatro veces esta
    capacidad.

    Grabaciones de
    audio.
    Alguna vez se fabricaron exclusivamente mediante
    la impresión de formas de onda analógicas sobre
    cinta magnética o un acetato (LP), las grabaciones de
    audio utilizan en la actualidad de manera ordinaria discos
    compactos digitales (CD. Compact
    Discs).
    Un CD almacena la música como una serie
    de números de 16 bits que corresponden a muestras de la
    forma de onda analógica original se realiza una muestra por canal
    estereofónico cada 22.7 microsegundos. Una
    grabación en CD a toda su capacidad (73 minutos) contiene
    hasta seis mil millones de bits de información.

    Carburadores de
    automóviles.
    Alguna vez controlados estrictamente
    por conexiones mecánicas (incluyendo dispositivos
    mecánicos "analógicos" inteligentes que monitorean
    la temperatura, presión. etc.), en la actualidad los
    motores de los
    automóviles están controlados por microprocesadores
    integrados.

    Diversos sensores
    electrónicos y electromecánicos convierten las
    condiciones de la máquina en números que el
    microprocesador puede examinar para determinar
    cómo controlar el flujo de gasolina y oxígeno
    hacia el motor. La salida
    del microprocesador es una serie de números variante en el
    tiempo que activa a transductores electromecánicos que a
    su vez controlan la máquina.

    El sistema
    telefónico.
    Comenzó hace un siglo con
    micrófonos y receptores analógicos que se
    conectaban en los extremos de un par de alambres de cobre (o,
    ¿era una cuerda?). Incluso en la actualidad en la mayor
    parte de los hogares todavía se emplean teléfonos
    analógicos los cuales transmiten señales
    analógicas hacia la oficina central
    (CO) de la compañía telefónica. No obstante
    en la mayoría de las oficinas centrales estas
    señales analógicas se convierten a un formato
    digital antes que sean enviadas a sus destinos, ya sea que se
    encuentren en la misma oficina central o en cualquier punto del
    planeta.

    Durante muchos años los
    sistemas telefónicos de conmutación privados (PBX.
    private branch exchanges) que se utilizan en los negocios han
    transportado el formato digital todo el camino hacia los
    escritorios. En la actualidad muchos negocios, oficinas centrales
    y los proveedores
    tradicionales de servicios
    telefónicos están cambiando a sistemas integrados
    que combinan la voz digital con el tráfico digital de
    datos sobre una sola red de Protocolo de
    Internet IP (por las
    siglas en inglés de Protocolo de Internet).

    Semáforos.
    Para controlar los semáforos se utilizaban temporizadores
    electromecánicos que habilitaban la luz verde para cada
    una de las direcciones de circulación durante un intervalo
    predeterminado de tiempo. Posteriormente se utilizaron
    relevadores en módulos controladores que podían
    activar los semáforos de acuerdo con el patrón del
    tráfico detectado mediante sensores que se incrustan en el
    pavimento. Los controladores de hoy en día hacen uso de
    microprocesadores y pueden controlar los semáforos de modo
    que maximicen el flujo vehicular, o como sucede en algunas
    ciudades de California, sean un motivo de frustración para
    los automovilistas en un sinnúmero de creativas
    maneras.

    Efectos
    cinematográficos
    . Los efectos especiales
    creados exclusivamente para ser utilizados con modelos
    miniaturizados de arcilla, escenas de acción,
    trucos de fotografía
    y numerosos traslapes de película cuadro por
    cuadro.

    En la actualidad naves
    espaciales, insectos, otras escenas mundanas e incluso
    bebés (en la producción animada de Pixar, Tin
    Toy)
    se sintetizan por completo haciendo uso de computadoras
    digitales. ¿Podrán algún día ya no
    ser necesarios ni los dobles cinematográficos femeninos o
    masculinos?

    Ejemplo de un
    sistema electrónico analógico

    Un ejemplo de
    sistema electrónico analógico es el altavoz, que se
    emplea para amplificar el sonido de forma que éste sea
    oído por
    una gran audiencia. Las ondas de sonido
    que son analógicas en su origen, son capturadas por un
    micrófono y convertidas en una pequeña
    variación analógica de tensión denominada
    señal de audio. Esta tensión varía de manera
    continua a medida que cambia el volumen y la
    frecuencia del sonido y se aplica a la entrada de un amplificador
    lineal.

    La salida del
    amplificador, que es la tensión de entrada amplificada, se
    introduce en el altavoz. Éste convierte, de nuevo, la
    señal de audio amplificada en ondas sonoras con un volumen
    mucho mayor que el sonido original captado por el
    micrófono.

    Sistemas que
    utilizan métodos
    digitales y analógicos

    Existen sistemas
    que utilizan métodos digitales y analógicos, uno de
    ellos es el reproductor de disco compacto (CD). La música
    en forma digital se almacena en el CD. Un sistema óptico
    de diodos láser lee
    los datos digitales del disco cuando éste gira y los
    transfiere al convertidor digital-analógico (DAC,
    digital-to-analog converter). El DAC transforma los datos
    digitales en una señal analógica que es la reproducción eléctrica de la
    música original. Esta señal se amplifica y se
    envía al altavoz. Cuando la música se grabó
    en el CD se utilizó un proceso que,
    esencialmente, era el inverso al descrito, y que utiliza un
    convertidor analógico digital (ADC, analog-to-digital
    converter).

    Bibliografía:

    Diseño
    Digital

    Principios y
    Prácticas

    John F.
    Wakerly

    Prentice
    Hall

    Fundamentos de los
    Sistemas Modernos de Comunicación

    Hildeberto
    Jordán Aguilar.

    Alfaomega,
    IPN

    Sistemas Digitales

    Principios Y
    Aplicaciones

    Ronald J. Tocci

    Prentice Hall

    Sistemas
    electrónicos de Comunicaciones

    Frenzel

    Alfaomega

    Tratamiento
    digital de señales

    Principios,
    algoritmos y aplicaciones

    John G.
    Proakis

    Dimitris G.
    Monolakis

    http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_digital

    http://www.unicrom.com/Tut_analogico_digital.asp

    http://html.rincondelvago.com/sistemas-digitales.html

     

     

     

    Martín
    del Campo Becerra, Gustavo Daniel

    Universidad de
    Guadalajara

    Centro
    Universitario de Ciencias
    Exactas e Ingenierías

    Materia: Sistemas Digitales
    I

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