TERCER PARCIAL DEPAR T AMENTO AMENTO DE E LÉC TR ICA Y E LECTRÓNICA LECTRÓN ICA ASIGNATURA: CIRCUITOS DIGITALES
NR C 2307 2307
G UÍA DE PR ÁC TICA TICA No. No. 3.1 Tema:
Contadores de Rizado
1. Mat Materiales eriales y E quipos quipos . Materiales: Protoboard Elementos biestables, compuertas lógicas Resistencias Pulsador mecánico Diodos led Displays Cables, etc. Equipos: Fuente de alimentación Computador Multímetro Digital
2. P r ocedi oc edimiento miento 2.1
Implementar el circuito correspondiente al diseño realizado.
2.2
Conecte la fuente de alimentación ( 5V DC) a su circuito y compruebe el funcionamiento del mismo verificando que la cuenta ascendente/descendente ascendente/descendente se presente correctamente.
2.3 Apague la fuente de alimentación y enciéndala luego de unos pocos segundos y verifique el funcionamiento de su circuito ci rcuito inicializador. Realice el ¨reset¨ de su contador en cualquier instante de la cuenta y verifique el funcionamiento combinado tanto de su circuito inicializador como de su circuito antirebotes. En caso de mal funcionamiento realice los pasos 2.4 y 2.5
2.4
NO desarme el circuito implementado. Como primer paso verifique conexiones, continuidad, voltaje de la fuente de alimentación, alimentación de los integrados, voltaje de las entradas asincrónicas, señal de reloj.
2.5
Si la falla se mantiene prosiga a medir y verificar voltajes en el circuito (0L= aprox. 0V, 1L=aprox. 5V). Se recomienda realizar las mediciones desde la salida del circuito hacia las entradas, haciendo uso del multímetro digital. Realice las mediciones por bloques (DP, EM, DS)
Nota: Tome en cuenta que para circuitos secuenciales las mediciones debe hacerlas usando una señal de reloj manual, caso contrario no podrá verificar resultados.
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CIRCUITOS DIGITALES I NF ORM E No. 3.1
TEMA: CONTADORES DE RIZADO
DOCENTE: ING. MARÍA ANTONELLA VALLEJO
INTEGRANTES:
JOEL CORONEL DIEGO QUISPE
NRC: 2307
FECHA:
28 DE ENERO DEL 2016
DEPAR TAMENTO DE E LECTRICA Y ELE CTRÓNICA ASIGNATURA: CIRCUITOS DIGITALES NRC 2307
DIS E ÑO No. 3.1
Tema:
Contadores de Rizado
1. Objetivo. Diseñar circuitos secuenciales asincrónicos (clase A, B o C), mediante el uso correcto de flip flops como divisores de frecuencia.
2. Diseñe el circuito correspondiente al siguiente enunciado Diseñar un contador asincrónico ascendente, que realice la siguiente cuenta impar en binario natural: 0 1 2 3 4 5 6 7 6 5 4 3 2 1 0 1……… Añada un circuito inicializador para que asegure que la cuenta empiece en 0 siempre que encienda el contador. Genere una señal de reloj de frecuencia variable. Añada un pulsador junto con un circuito antirebotes. (CONSULTAR CIRCUITO ANTIREBOTES) para resetear el contador en cualquier momento, sin necesidad de apagar y encender la fuente de alimentación. Para ver la cuenta usar displays.
3. Diagrama de bloques completo de su máquina secuencial. Especifique claramente todas las entradas y salidas de su máquina secuencial en cada uno de los bloques.
4. Explique
clara
y
detalladamente el diseño de su circuito. Incluido el diseño de la señal de reloj, circuito inicializador y circuito antirebotes. Señal de Reloj
En electrónica y especialmente en circuitos digitales síncronos, una señal de reloj es una señal usada para coordinar las acciones de dos o más circuitos. Una señal de reloj oscila entre estado alto o bajo, y gráficamente toma la forma de una onda cuadrada aproximadamente. Los circuitos que utilizan la señal de reloj para la sincronización pueden activarse en el flanco ascendente, flanco descendente o en ambos y para hacerlo de f recuencia variable se utiliza un potenciómetro. El circuito integrado NE555 es un oscilador multifunción que puede utilizarse para generar multitud de formas de onda.
En esta práctica lo vamos a usar para generar una señal digital de reloj (onda cuadrada que varía entre 0 y 5V). La siguiente figura muestra la conexión del NE555 en modo estable que es el que usaremos. Con esta conexión, se genera como salida una onda cuadrada periódica que permanece un tiempo a nivel bajo (GND) y un tiempo a nivel alto (Vcc). Estos valores de tiempo vienen dados por:
= 0.693 + = 0.693 Donde es un potenciómetro de 100kΩ, = 220Ω y para el capacitor utilizaremos un capacitor de 10µF y uno de 10 nF.
Circuito Inicializador
El circuito inicializador consta de un switch que se conecta a tierra y vcc una resistencia de 300Ω en paralelo con un diodo y un capacitor de 220µF. La función del capacitor es que en un tiempo t=0 en la salida de “x” se tenga 0v y cuando el tiempo t= (tau) en la salida “x” será de 5v, no se tendrá necesariamente 5v sino se tendrá un voltaje restado la caída de tensión que se tendrá en la resistencia de 330Ω. La función del diodo es la descarga rápida del capacitor además sirve para que a corriente circule de una manera más rápida. Este bloque inicializador asegura que nuestro circuito inicie en (0 0 0 0) y no con otro valor al momento de conectar la fuente.
Circuito Anti rebotes
Los circuitos antirebotes son utilizados generalmente para eliminar ruidos en las señales de entradas de los interruptores en circuitos electrónicos. Por lo general los interruptores electrónicos generan señales muy ruidosas al ser activados, por lo que a veces se pueden generar detecciones incorrectas de la activación de los mismos. Los circuitos antirebotes ayudan absorbiendo las transiciones rápidas de los interruptores y generando señales más confiables. El circuito anti rebotes se utiliza para que todo el tiempo en el cual está pasando 5V se lo pulse envíe 0V y con la ayuda de la compuerta AND se desactive y produzca un cero y así active el CLEAR ó PRESET de un F.F’s según se requiera en el circuito.
ELECCIÓN DE MÁQUINA SECUENCIAL Primero definimos el tipo de máquina secuencial que vamos a diseñar, se ha escogido el tipo B, debido a que tiene tres partes las cuales son decoder de próximo estado, elemento de memoria y decoder de salida.
TABLA DE VERDAD Al ser 14 cuentas diferentes es decir de módulo 14, obtenemos: N=14 2n n=4 F.F’s A’(MSB), B’, C’, D’ Se utilizarán tres Variables de Salida debido a que el 7 (1 1 1) será el máximo número de la cuenta que se desea obtener. Variables de Salida A(MSB),B,C A’
B’
C’
D’
A
B
C
0 0
0 0
0 0
0 1
0 0
0 0
0 1
0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 X X X 1 1 1 1 X X X Para generar y a la ves simplificar la función de A,B y C se utilizó circuitos de baja escala de integración con Mapas K
A
̅′ = ̅′ ′ + ′̅′ ′ + ′̅′ ̅ ′ = ̅′ ′ + ′ ̅′ ′ + B
̅ ′ ′ + ′′ ̅ ′ + ̅′ ′′ = = ′ TRUNCAR LA CUENTA Par truncar la cuenta se necesita identificar cual es el siguiente código generado por los F.F’s que se requiere que no aparezca, en este caso es el (1 1 1 0), y con la ayuda de la compuertas NAND y AND se activará en bajo y que junto con el Circuito inicializador y el Reset se enviará dicha señal a los CLEAR (L) de cada uno de los 4 F.F’S debido a que se desea que no aparezca el (1 1 1 0) sino que retorne a (0 0 0 0) para que se repita la cuenta.
ELEMENTOS DE MEMORIA
Se decidió utilizar F.F’s T pero al no haber en el mercado se convirtió un F.F’s JK a un F.F’s T con lo cual utilizamos la tabla característica del F.F’s T y la tabla de transición del F.F’s JK como se muestra a continuación :
T 0 0 1 1
Qt-1 Qt 0 1 0 1
0 1 1 0
J
K
0 x 1 x
x 0 x 1
Donde se sabe que J=T y K=T, entonces se conecta T a Vcc para que se cumple = ̅− con cada flanco descendente de la señal de reloj debido a que se activa en bajo. La señal de reloj ingresa al primer F.F’s D’ y debido a que es una cuenta ascendente se conectara el hacia el reloj del siguiete F.F’s para dividir la frecuencia. Se conectó el PRESET(L) de cada F.F’s a Vcc para asegurar de que estén desactivadas y no se pueda generar una condición prohibida o enviar un 1. Y el CLEAR(L) de cada F.F’s a X para que cada vez que llegue al código no deseado o se active el RESET de la cuenta se ponga la cuenta de los F.F’s de nuevo en (0 0 0 0)
SALIDAS Se utilizaron tres Variables de Salida debido a que el 7 (1 1 1) es el máximo número de la cuenta que se desea obtener. A(MSB),B,C y para obtenerlas se utilizó circuitos de baja escala de integración para generar las funciones.
5. Diagrama electrónico CIRCUITO INICIALIZADOR
ELEMENTO DE MEMORIA
CIRCUITO TRUNCADOR U11:D 12
D' C
SW1
11
U12:C
13 74LS08
8
4
U13:A
1
CLK
74LS00
1
16
K
2
330
Q
15
R
Q
14
15
Q
K
1
C R
14
Q
3
74LS76
U14:A
2
4
C
CLK
16
D'
S
J
1
D
3
U69:A
2
4
D
CLK
3
R5 D1
S
J
9 B A
U16:A
2
10
SW-SPDT
16
C'
S
J
15
K
1
B R
Q
14
16
B'
J
S
Q
K
R
Q
3
74LS76
DIODE ' x
' x
' x
' x
U11:C 9
C4
8
U5:A
220uF x ar
10
x'
1 3
74LS08
2
SALIDA
74LS08
U1:A A' B
1
U9:A
3 2
1 3
SEÑAL DE RELOJ
7432
U1:B A
CIRCUITO
B'
4 6 5
U1:C 7408
9
ANTIREBOTES
R2
A''
2
7408
8 10
5K
U9:B C' D'
U3 7408
D B'' A''
4 6 5 7432
RV1
U4
8
4
R
% 0 5
5 1k
2
C C V
Q DC
3 7
U10:A CLK
ar
C3 100nF
C
D N G 1
U2:A
3 2
1 3 7408
2 7432
U10:B TH
6
555
A C'
U10:C
4 6
9
5
8 7408
D'
U9:C
10 9 7408
8 10
U10:D C2
C1
10nF
100uF
C D
7432
12 11 13 7408
A B C D BI/RBO RBI LT 74LS47
1
10k
CV
TR
R4
A'
7 1 2 6 4 5 3
B''
QA QB QC QD QE QF QG
13 12 11 10 9 15 14
15
A
CLK
74LS08
x
U50:A
2
4
B
CLK
3
74LS76
Q
14
74LS76
A'
6. Diagrama de tiempos completo CLK D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
C
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
B
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
A
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7. Lista de elementos Señal de Reloj:
4: 555
1 220Ω
ó 1 100Ω
100
10
Circuito inicializador:
ℎ
2 330Ω
220
Circuito para truncar la cuenta:
11:7408 (2⁄4)
13:7408 (1⁄4)
5:7408 (1⁄4)
12:7400 (1⁄4)
Circuito antirebote:
100
3 10Ω
Elementos de memoria:
16:7476 (2⁄2)
69:7476 (2⁄2)
Salidas:
1:7408 (4⁄4)
9:7432 (4⁄4)
10:7408 (4⁄4)
3:74847 (1⁄1)
7
8. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones:
En el contador asincrónico binario progresivo a mayor número de bits mayor retardo. Los pulsos de entrada pueden ser pulsos de reloj u originarse en una fuente externa, y pueden ocurrir a intervalos de tiempos fijos o aleatorios. El número de salidas limita el máximo número que se puede contar. Cuando la entrada cambia los Flip Flops modifican sus estados dando lugar a un nuevo valor de salida, cuando la entrada permanece constante los Flip Flops mantiene su estado presente.
Recomendaciones:
Al momento de realizar el decoder de salida recordar que se lo puede realizar tanto con circuitos a baja escala de integración es decir generando la función y simplificándola con mapas K o usar circuitos de mediana escala de integración como un decoders o muxs como generadores de función, lo importante es recordar que siempre hay que optimizar el circuito. Debido a que estamos trabajando con interruptores o switchs en máquinas secuenciales, nos produce una serie de rebotes generando de esta manera una serie de unos y ceros lógicos simultáneos y aleatorios, con lo cual no sabemos con exactitud cuántos 1 o cuántos 0 ha leído nuestro dispositivo digital, es por eso que es necesario la implementación de un circuito antirebote. Como se sabe el circuito generador de reloj, produce impulsos con una determinada frecuencia, para lo cual es necesario colocar los capacitores y resistencias adecuadas tanto en el circuito inicializador como en el circuito antirebote para que nuestro contador cambia de digito a digito en un tiempo prudencial en el que se pueda apreciar bien los dígitos.
9. Bibliografía
Baena C., Bellido M., Molina A., Pilar M. y Valencia M., Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales. Madrid, España: McGraw-Hill.
ALLDATASHEET.COM, (2003 – 2015). Electronic Components Datasheet Search. Recuperado de http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/2/8/74847.shtml.
ALLDATASHEET.COM, (2003 – 2015). Electronic Components Datasheet Search. Recuperado de http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/3/D/7/4/3D7476.sht ml.
