UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE MICROPROCESADORES MICROPROCESADORES
ING. MENDOZA ANDRADE NIDIA
PRÁCTICA 2: GENERADOR DE RELOJ PARA MICROPROCESADOR MICROPROCESADOR
ALUMNO: ROSAS DURÁN CHRISTIAN MICHEL
GRUPO: 2801 E
13 MARZO 2014
PRÁCTICA 2
“GENERADOR DE RELOJ PARA MICROPROCESADOR”
OBJETIVOS - El alumno implementará diferentes circuitos de temporización empleados en la generación de señales digitales de reloj para sistemas basados en microprocesador.
INTRODUCCIÓN
Todos los microprocesadores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microprocesador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C. Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva consigo un incremento del consumo de energía. Es muy importante la señal de reloj ya que de ella depende el funcionamiento adecuado del microprocesador, ya que si no fuera por esa señal de reloj, no se mantendría un tiempo para cada instrucción que se le ingrese al microprocesador, no habría sincronía para decodificar dichas instrucciones y el microprocesador no estaría realizando la función destinada.
MATERIAL 2 Resistencias de 10 KΩ, 1/2 W.
1 Capacitor de 0.01 µF. 2 Capacitores de 0.1 µF. 1 Capacitor de 470 µF. 1 Circuito Integrado 74LS04 0 7404. 1 Cristal de Cuarzo de 4 MHz
EQUIPO 1 Fuente de Alimentación de CD. 1 Osciloscopio. 1 Tableta de conexiones. 1 Multímetro.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Armamos los circuitos de las figuras 2.5 y 2.7 polarizando los circuitos a un voltaje de 5V.
Circuito 2.5
Circuito 2.7
2. Utilizamos el circuito 2.5 como el primer elemento del sistema con microprocesador y lo mantuvimos armado para las pruebas posteriores. 3. Con apoyo del osciloscopio observamos las señales de salida de cada uno de los circuitos, en la terminal 6, y medimos los valores que están indicados en la siguiente tabla. Circuito 2.5 2.7
Frecuencia (f) 3.521 Khz 3.906 Mhz
Periodo (T) 284 µs 256 ns
Tiempo en alto (th) 98 µs 146 ns
Tiempo en bajo (tl) 189 µs 110 ns
CIRCUITO 2.5
CIRCUITO 2.7
4. Calculamos el ciclo de trabajo (duty cycle) de las señales de reloj obtenidas (qué porcentaje del ciclo completo se encuentra en la señal activa en alto). Obtuvimos un porcentaje en alto del 48%
5. Cambiamos el capacitor de 0.1 µF a los valores de 0.01 µF y 470 µF e identificamos las variaciones que se presentaron en la señal de reloj del circuito 2.5. Con el capacitor de 0.01 µF aumentó la frecuencia a 40.604 KHz y con el capacitor de 470 µF disminuyó a 847.46 mHz.
CON CAPACITOR DE 0.01 µF
CON CAPACITOR DE 470 µF
CUESTIONARIO 1. ¿Qué función realiza la compuerta inversora en la salida del circuito? Hace que se realice un cambio en el ciclo de trabajo.
2. Investigue el circuito 8284 dando la configuración de pines y dando una breve anotación funcional de sus terminales. El 8284 se encarga de proporcionarle al microprocesador los pulsos de reloj adecuados, también envía la señal adecuada de inicialización (RESET).
X1 y X2 son las entradas del cristal, el cual no tiene polaridad. La frecuencia se divide entre 3, con la característica que es de 33% en alto y 66% en bajo, la cual se obtiene en la salida CLK. La señal CLK es dividida entre 2 y se envía por la salida PCLK (reloj periférico) EFI (external frecuency in) es la entrada de reloj si se usa oscilador u otra señal de frecuencia externa. La terminal F/C´ determina cuál es la señal de origen, si ésta está en 1, el origen es la señal EFI, si no, será la obtenida en X1 y X2 (cristal). OSC es una señal de salida donde se obtiene la frecuencia del cristal en una sola terminal. RES´ es una línea de entrada para el disparo de la señal de RESET. Aquí se conecta un arreglo de capacitor-resistencia con un botón de disparo normalmente abierto (push button). RESET es la señal de inicialización que se envía al microprocesador. READY se conecta directamente a la señal READY del 8088. AEN1´ y AEN2´ se utilizan para sistemas de varios procesadores, cuando se utiliza sólo uno, estas entradas se colocan en tierra (GND). ASYNC´ sirve para sincronizar la salida READY y compensa los tiempos de respuesta de los dispositivos conectados al bus. En el modo mínimo esta señal se deja al aire.
CSYNC se utiliza cuando existen múltiples 8284 conectados a un sistema y para esto se utiliza un reloj maestro. En el modo mínimo se conecta a GND.
3. Mencione otros circuitos temporizadores (integrados o discretos) de uso general no cubiertos en la presente práctica. A) NE 555 (monoestable y astable)
El temporizador 555 es un CI de los más conocidos y utilizados en todo circuito digital que trabaje a frecuencias no mayores a 1Megahert y se utiliza tanto en circuitos electrónicos digitales como analógicos. Este CI se puede utilizar en modo “Astable” o inestable, ya que en este modo genera una onda rectangular con ciclo de
trabajo programable y/o ajustable
B) XR- 2242
En general todos los circuitos temporizadores funcionan en base a la comparación de la carga y descarga de un condensador, o en base a las oscilaciones de un cristal de cuarzo. El circuito integrado XR – 2242, es muy parecido al LM – 555, con la sola diferencia que posee un contador interno formado por 8 Bits, el cual le permite trabajar con tiempos más largos y de mayor precisión.
4. Complementa la información dada en la introducción sobre cristales, acerca de la determinación de la frecuencia de oscilación. Hay dos formas de utilizar el cristal para construir un oscilador, en serie y en paralelo. En serie el circuito oscila cuando el cristal se comporta como un cortocircuito, a ωs. Hace falta un circuito LC para determinar el armónico en que va a oscilar. En modo paralelo el cristal sustituye a la bobina, en ωs < ω < ωa. Las figuras 6.21a y 6.21b son dos ejemplos de la utilización del cristal en modo serie y paralelo
Sea el circuito de la figura 6.22 en que tenemos una capacidad Cs en serie con el cristal. Si utilizamos este circuito para sustituir el cristal en un oscilador en modo serie, la frecuencia de oscilación será aquella en que la impedancia del circuito sea nula
La impedancia equivalente del circuito es:
La frecuencia a la que esta impedancia se hace cero , la ωosc, se demuestra que es:
El margen de variación que permite Cs es pequeño , entre ωs (para Cs.= ∞) y ωa.
5. ¿Qué condiciones de funcionamiento tiene el reloj de salida proporcionado por el circuito 8284? La salida CLK del 8284 tiene la característica de ser 1/3 de la fr ecuencia del cristal conectado, por lo tanto se tiene que considerar para que nuestro microprocesador no tenga ningún inconveniente en su funcionamiento.
CONCLUSIÓN Realizamos el armado de un generador de reloj para microprocesador, el cual fuimos analizando en el osciloscopio con diferentes componentes, para conocer su frecuencia, su tiempo en alto y bajo, y su ciclo de trabajo. Fuimos cambiando los valores de los capacitores, y fuimos observando el cambio en su frecuencia y ciclo de trabajo. Este circuito es de mucha importancia, ya que será la base para nuestros siguientes armados, y si hay alguna falla en éste circuito, no funcionará ningún circuito futuro.
BLBLIOGRAFÍA Apuntes del Ingeniero Buendía http://yaqui.mxl.uabc.mx/~aglay/GR_8284.pdf
