PRINCIPIOS ELECTICOS Y APLICACIONES DIGITALES PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS MAESTRA: GIOVANNA BERENICE TORRES HUERTA
JESSICA ALONDRA ARRIAGA MEDRANO ARANDAS, JALISCO 17/JUNIO/2015
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Contenido
CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA ................................................................................................................... 9 EJEMPLOS ........................................................................................................................................................................ 9
CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA ................................................................................................................ 10 EJEMPLOS ...................................................................................................................................................................... 10
CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 12 TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC ................................................................................................................. 12 APLICACIONES ................................................................................................................................................................... 12 EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 12
EJEMPLOS .......................................................................................................................................................................... 13
ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO .................................................................................................................................. 14 ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO ........................................................................................................................ 14 MATERIALES TIPO N Y TIPO P ............................................................................................................................................ 14 EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 16 MAPAS MENTALES ............................................................................................................................................................ 30
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Contenido
CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA ................................................................................................................... 9 EJEMPLOS ........................................................................................................................................................................ 9
CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA ................................................................................................................ 10 EJEMPLOS ...................................................................................................................................................................... 10
CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 12 TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC ................................................................................................................. 12 APLICACIONES ................................................................................................................................................................... 12 EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 12
EJEMPLOS .......................................................................................................................................................................... 13
ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO .................................................................................................................................. 14 ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO ........................................................................................................................ 14 MATERIALES TIPO N Y TIPO P ............................................................................................................................................ 14 EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 16 MAPAS MENTALES ............................................................................................................................................................ 30
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OR ...................................................................................................................................................................................... 36 AND ................................................................................................................................................................................... 36 NOT ................................................................................................................................................................................... 36 NOR ................................................................................................................................................................................... 37 NAND ................................................................................................................................................................................. 37 XOR .................................................................................................................................................................................... 37
COMPUERTAS................................................................................................................................................................ 38 CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS ...................................................................................................................... 38 CIRCUITO 1 .................................................................................................................................................................... 38 CIRCUITO 2 .................................................................................................................................................................... 38 CIRCUITO 3 .................................................................................................................................................................... 39 CIRCUITO 4 .................................................................................................................................................................... 39 CIRCUITO 5 .................................................................................................................................................................... 39
METODOLOGÍA DE DISEÑO ............................................................................................................................................... 40
MINI TÉRMINOS ................................................................................................................................................................ 40 MAXI TÉRMINOS ............................................................................................................................................................... 41 Ejemplos ........................................................................................................................................................................ 41
¿CÓMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES? ...................................................................... 41
TIPO DE DOS VARIABLES ................................................................................................................................................... 43 DE TRES VARIABLES ........................................................................................................................................................... 43 DE CINCO VARIABLES ........................................................................................................................................................ 43 MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS) ................................................................................................................................ 44 EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 44 EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 44 2
EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 44 EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 45
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA .............................................................................................................................................. 45 EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 45 EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 46 EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 46 EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 47 EJEMPLO 5 ..................................................................................................................................................................... 47 EJEMPLO 6 ..................................................................................................................................................................... 48 EJEMPLO 7 ..................................................................................................................................................................... 48 EJEMPLO 8 ..................................................................................................................................................................... 50 EJEMPLO 9 ..................................................................................................................................................................... 50 EJEMPLO 10 ................................................................................................................................................................... 51 EJEMPLO 11 ................................................................................................................................................................... 51
FAMILIA TTL Y ECL ............................................................................................................................................................. 52 FAMILIA MOS .................................................................................................................................................................... 56 FAMILIA CMOS .................................................................................................................................................................. 56 BAJO VOLTAJE ................................................................................................................................................................... 56 FLIP-FLOP RS ...................................................................................................................................................................... 57 PRÁCTICA .......................................................................................................................................................................... 57 EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 57 FLIP FLOP D ....................................................................................................................................................................... 57 EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 57 EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 57
EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 59
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OBJETIVO ........................................................................................................................................................................... 81 DESCRIPCIÓN ..................................................................................................................................................................... 81 DISPARADOR SCHMITT ..................................................................................................................................................... 81
EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 83 CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR ..................................................................................................................... 83 EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 83 PROYECTO DE ARDUINO ................................................................................................................................................... 84 MATERIAL .......................................................................................................................................................................... 84 DESCRIPCION ..................................................................................................................................................................... 84
COMPETENCIAS DE LA UNIDAD ........................................................................................................................................ 85 CRITERIOS DE EVALUACIÓN .............................................................................................................................................. 85
TIPOS ................................................................................................................................................................................. 86 CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 86 FABRICANTES .................................................................................................................................................................... 86 PASOS PARA EL DISEÑO CON PLD´S .................................................................................................................................. 86
POR CAPTURA ESQUEMATICA .......................................................................................................................................... 87 POR TABLAS DE VERDAD ................................................................................................................................................... 87 POR ECUACIONES BOOLEANAS ......................................................................................................................................... 87 POR COMPORTAMIENTO .................................................................................................................................................. 87 MAPA CONCEPTUAL .......................................................................................................................................................... 88
MÁQUINA DE MORE ......................................................................................................................................................... 88 MÁQUINA DE MEALY .................................................................................................................................................... 88 DESCRIPCIÓN VERBAL ....................................................................................................................................................... 89 EXPRESIÓN BOOLEANA ..................................................................................................................................................... 89 DIAGRAMA ESQUEMÁTICA ............................................................................................................................................... 89 ECUACIÓN BOOLEANA ...................................................................................................................................................... 89 4
DIAGRAMA DE ESTADOS ................................................................................................................................................... 89 TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE ......................................................................................................................................... 89 CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIÓN DE COMPORTAMIENTO ................................................................... 90 EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 91
EJEMPLO:....................................................................................................................................................................... 92
¿QUÉ ES UN PLD? .............................................................................................................................................................. 93 ¿EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLD´S? ................................................................................................. 93 EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 93 ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLD´S .............................................................................................................................. 94 VENTAJAS DE LOS PLD´S .................................................................................................................................................... 94 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CON DISPOSITIVOS LOGICOS ............................................................................................. 94 PROGRAMABLES. .............................................................................................................................................................. 94 PROGRAMACION DE LOS PLD´S ........................................................................................................................................ 95 PROGRAMACIÓN POR ZIF ............................................................................................................................................. 95 PROGRAMACIÓN EN SISTEMA ...................................................................................................................................... 96 DESVENTAJAS DE LOS PLD ................................................................................................................................................ 96
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................. 96 ¿QUÉ ES EL GALILEO? ........................................................................................................................................................ 96 PARTES DEL GALILEO ......................................................................................................................................................... 97 PRACTICA 1 “LED DEL GALILEO” ........................................................................................................................................
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PRACTICA 2 “SERVO Y POTENCIOMETRO” ........................................................................................................................
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PRACTICA 3 “TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ” .............................................................................................................
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CONCLUSION ................................................................................................................................................................... 100
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En este documento veremos las actividades que realizamos en el transcurso del semestre, en la materia de Principios Eléctricos y Aplicaciones Digitales. Esta materia que es Principios Eléctricos y Aplicaciones Digitales de suma importancia ya que en esta materia veremos cuál es el principal objetivo de esta materia, sus componentes que tiene y las distintas aplicaciones que podemos darle en nuestra vida diaria. En la primera unidad veremos lo que es la electronica analogica, las funciones que tiene y las funciones que se realizan en cada una. también veremos los conceptos basicos y mas importantes que la componen, sus diferentes aplicaciones que podemos encontrar. Los tipos de energia que existen dentro de la electronica analogiaca, sus funciones, sus caracteristicas y su representacion grafica. Veremos lo que son los dispositivos activos y pasivos y las caracteristicas que hacen que sean diferentes, y los diferentes objetos en los que podriamos identificar a que tipo de dispositivo pertenecen. En la segunda unidad veremos lo que es la electrónica digital, cuáles son sus características y las funciones que tienen. Estudiaremos varios de los elementos que la conforman, y sus funcionalidades. Veremos lo que son las compuertas lógicas, las características que tienen, como se representan gráficamente y como son sus tablas de verdad, y cómo podríamos utilizarla en distintos casos. Otra de las cosas que veremos es lo que son las familias lógicas y las funciones en las que podemos encontrar, como se aplican en la vida diaria. En la unidad 3 veremos lo que son los Convertidores. Nos daremos cuenta cómo es que funciona un convertidor, sus características y las funciones que realizan. También veremos cómo es que un convertidor nos puede ayudar a convertir una señal analógica a digital, y de digital ha analógica. Veremos también lo que son los pulsadores y la función q realizan dentro de un circuito, lo que es la histéresis y sus reacciones en los circuitos, y como funciona un disparador Schmitt.
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En la unidad 4 veremos lo que son los Lenguajes de programación HDL, las característica que tienen, sus ventajas y desventajas que tiene al aplicarlos. Veremos lo que son los circuitos combinacionales programados con lenguaje HDL. Y vemos los elementos que lo conforman, y las funciones que tiene cada elemento. También veremos lo que son los circuitos combinacionales secuenciales, sus características y las funciones como las podemos realizar. Realizaremos prácticas con el galileo y podremos ver sus características, y la forma correcta en la que debemos utilizar un galileo para no descomponerlo, y poder obtener el resultado deseado.
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Desarrollar aplicaciones digitales que coadyuven a la solución de problemas computacionales. Desarrollar habilidades para el diseño de circuitos digitales. Manejar instrumentos de medición implementando circuitos.
OBJETIVO Manejar instrumentos y equipos de mediciones eléctricas y electrónicas. Analizar teorías y solucionar problemas que engloben escenarios de circuitos eléctricos en base en leyes y teoremas. CRITERÍOS DE EVALUACIÓN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos Examen 60% Tareas 40% b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase Examen 50% Investigación 50% c) Hace aportaciones a las actividades académicas desarrolladas Examen 50% Investigación 50% d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje Examen 50% Prácticas 50% e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crítico Examen 60% Práctica 40% f) Realiza su trabajo de forma autónoma y autorregulada Portafolio 80% Investigación 20%
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CORRIENTE ANALÓGICA Es la parte de la electrónica que estudia los circuitos, el manejo de componentes, los conductores, los semiconductores y los aparatos de medida en general. Estudia la tensión (voltios), la corriente (amperios) respecto al tiempo. ¿QUÉ ES LA CORRIENTE DIRECTA? Es el flujo de corriente que se dirige en una sola dirección. A este tipo de corriente eléctrica se le conoce como corriente eléctrica continua. Esta corriente eléctrica es utilizada para la polarización de diferentes dispositivos como resistencias, transistores, válvulas al vació, y así para el correcto funcionamiento de un aparato electrónico; la corriente directa es creada por reacciones químicas, por acción de la luz por o por inducción eléctrica. CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA
Tienen un flujo que se nueve en una sola dirección y son constantes en el tiempo. Su aspecto es el de una línea recta que no varía. Se produce a partir, fuentes de energía, las baterías y generadores de corriente continua. La CC tiene un flujo continuo de energía que se mueve en una sola dirección y son constantes en el tiempo. Los dispositivos fotovoltaicos como las células solares también generan energía.
EJEMPLOS
Automóviles Leds Locomotoras de ferrocarriles Teléfonos de base Juguetes en general
¿QUÉ ES LA CORRIENTE ALTERNA? Es la corriente eléctrica que presenta una variación cíclica en su magnitud y en su sentido, la forma más utilizada de oscilación para sinusoidal, debido a que se obtiene una forma de transmisión de energía eléctrica más efectiva.
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CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA
La característica principal de una corriente alterna que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como los ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. No obstante aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo. El ciclo: es la variación completa de la tensión o la corriente de cero a un valor máximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor máximo negativo y finalmente a cero. Frecuencia: es el número de ciclos que se producen en un segundo. Su utilidad es el Hertz (Hz) que equivale a un ciclo por segundo, se representa con la letra f. Periodo: tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se representa con la letra P. Frecuencia y periodo son valores inversos T=1/f f=1/T Circuito eléctrico: camino que recorre una corriente eléctrica, el movimiento de cargas eléctricas (electrones). Este recorrido se inicia en una de las terminales de una pila, pasa a través de un conductor eléctrico (cable de cobre), llega a una resistencia (foco), que continua después por el conducto, llega a un interruptor y regresa a la terminal de la pila.
EJEMPLOS
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Timbres Vibradores Electromagnéticos Alumbrado público Transformadores de tensión Motores Licuadoras Estufas Neveras Lavadoras
CUADRO DOBLE ENTRADA CARACTERISTICAS CORRIENTE DIRECTA
Se mueve en una sola dirección. Tienen un flujo que se nueve en una sola dirección y son constantes en el tiempo. Su aspecto es el de una línea recta que no varía. Se produce a partir, fuentes de energía, las baterías y generadores de corriente continua. La CC tiene un flujo continuo de energía que se mueve en una sola dirección y son constantes en el tiempo. Los dispositivos fotovoltaicos como las células solares también generan energía.
COMO SE GENERA A partir de una fuente de energía, las baterías, fuentes de alimentación y generadores de electricidad. CORRIENTE Representa una variación ALTERNA cíclica en su magnitud y su sentido. Se obtiene una forma de transmisión de energía más efectiva. COMO SE GENERA A partir de un flujo continuo de electrones, siempre en el mismo sentido.
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APLICACIONES
Automóviles Leds Locomotoras de ferrocarriles Teléfonos de base Juguetes en general
Timbres Vibradores Electromagnéticos Alumbrado público Transformadores de tensión Motores Licuadoras Estufas Neveras Lavadoras
DISPOSITIVOS PASIVOS Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su correcto funcionamiento. No tiene la capacidad de controlar la corriente en un circuito. CARACTERISTICAS
Los componentes pasivos se dividen en: COMPONENTES Condensador
FUNCIONES MAS COMUNES
Inductor o Bobina Resistor o Resistencia Componentes electromecánicos
Almacenamiento de energía filtrada, adaptación de impedancia. Almacenar o atenuar el cambio de energía debido a su poder de autoinducción. División de intensidad o tensión, limitación de intensidad. A este grupo pertenecen los interruptores, fusibles y conectores.
TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC
RCL: es aquel que contiene como componentes una resistencia, un condensador y un inductor conectados en serie: C: Condensador L: Bobina R: Resistencia APLICACIONES Transistores
y reportes
Micrófono Osciladores
Sintonizadores de radio Inversores CA-CD
EJEMPLO
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DISPOSITIVOS ACTIVOS Dispositivo electrónico que distribuye banda ancha a determinada cantidad de equipos (computadores) de una red (switch, router). Son los equipos que se encargan de distribuir en forma activa la información a través de la red, como concentradores, redes inalámbricas, switches, etc. EJEMPLOS
HUB: también conocido como concentrador. Cuando se transmiten señales eléctricas por un cable, se produce una degeneración proporcional a la longitud del cable, lo que se denomina Atenuación. Un HUB es un simple dispositivo que se añade para reforzar la señal del cable y para servir de bus o anillo activo. Bridge (puente): el puente es un dispositivo que interconecta las redes y proporciona un camino de comunicación entre dos o más segmentos de red o subredes. Permite extender el dominio de broadcast, pero limitándole dominio de colisión. Algunas razones para utilizar un puente son las siguientes: Ampliar la extensión de la red o el número de nodos que la construyen. Reducir el cuello de botella del tráfico causado por un número excesivo de nodos nidos. Unir redes distintas y enviar paquetes entre ellas, asume que ejecuta el mismo protocolo de red. Enrutador o router: el enrutador, direccionador, ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware, para interconexión de red de ordenadores que opera en la capa 3 (nivel de red). Permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determina la mejor ruta que debe tomar el paquete de datos. Gateway (compuerta pasarela): consiste en una computadora o en otro dispositivo que actúa como traductor entre dos sistemas que no utilizan los mismos protocolos de comunicaciones, formatos de estructura de datos, lenguajes y/o arquitecturas. Switch: es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes en las computadoras que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas de red. Tarjeta de red: es el dispositivo que nos permite conectar la estación (ordenador u otro equipo de red) con el medio físico de transmisión (cable). Puede disponer de varios tipos de conectores. Los más habituales son: el tipo BNC y el RJ-45, para conectar con cableado tipo coaxial o UTP respectivamente.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES Son elementos como el germanio y el silicio que a bajas temperaturas son aislantes, si aumenta su temperatura comienzan a agregar impurezas y resulta posible su conducción. Su importancia en la electrónica es inmensa por su fabricación de transistores, circuitos integrados, etc. ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO
El átomo del silicio presenta un enlace covalente esto quiere decir que cada átomo ésta unido a cuatro átomos y comparten sus electrones de valencia.
ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO
Se utiliza como material semiconductores normalmente se utiliza junto al silicio en los circuitos de alta velocidad para mejorar su rendimiento. MATERIALES TIPO N Y TIPO P
Un semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para aumentar el número de portadores de carga libre (negativo o electrones). Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores libres (positivos o huecos). Dopado: es el proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor puro con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas.
Amplificadores operacionales: son circuitos integrados con un nivel de componentes y estructura interna complicada. La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de alimentación simétrica. El terminal de referencia de tensiones debe de realizarse a través de elementos externos, tales como resistencias. 14
Configuraciones
Seguidor unitario Es aquel circuito que se proporciona a la salida la misma tensión que la entrada.
Comparador Es un circuito electrónico ya sea analógico o digital capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cual es mayor. Multiplicador Son redes de diodos y condensadores que a partir de una tension continua muy alta. Sumador Es un circuito logico que calcula la operación suma, se encuetra en la ALU. Restador Usa ambas entradas invertidas y la ganacia es invertida.
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Integrador Integra o incoorpora diferentes caracteriscas o elementos poniendolos al mismo nivel de manera que forma parte de un todo.
EXPOSICIONES
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equipo-1-agvpus54efff57
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MAPAS MENTALES
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PRACTICA 1 “VALOR DE RESISTENCIAS”
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COMPETENCIAS DE LA UNIDAD Utilizar con precisión la terminología y simbología de circuitos digitales. Analizar problemas teóricos implementando la solución con circuitos digitales. Aplicar métodos de simplificación de funciones. CRITERIOS DE EVALUACIÓN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos Examen 60% Tareas 40% b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase Examen 50% Investigación 50% c) Hace aportaciones a las actividades académicas desarrolladas Examen 50% Investigación 50% d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje Examen 50% Prácticas 50% e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crítico Examen 60% Práctica 40% f) Realiza su trabajo de forma autónoma y autorregulada Portafolio 80% Investigación 20%
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¿QUE ES LA ELECTRÓNICA DÍGITAL? Se trata de valores de corrientes y tenciones electrónicas que se solo pueden poseer dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensión pero cuando hay siempre es la misma y cuando no hay siempre es de valor 0. ¿QUE ES UNA TABLA DE VDD? Representa de forma ordenada todos los valores posibles de entrada y la salida que se obtiene para cada una de ellas. ¿QUÉ ES UNA COMPUERTA LÓGICA? Es un dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de computación. Cada compuerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumplen las condiciones booleanas para el operador particular, son esencialmente circuitos de comunicación integrados en un chip. COMPUERTAS LÓGICAS OR
La compuerta OR produce la función sumadora, esto es, la salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0. Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1.
AND
Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y una salida binaria designada por x. La compuerta AND produce la multiplicación lógica AND: esto es: la salida es 1 si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0.
NOT
Es un inversor que invierte el nivel lógico de una señal binaria. Produce el NOT, o función complementaria. El símbolo algebraico utilizado para el complemento es una barra sobra el símbolo de la variable binaria.
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NOR
La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza el símbolo de la compuerta OR seguido de un círculo pequeño (quiere decir que invierte la señal). Las compuertas NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de la función OR.
NAND
Es el complemento de la función AND, como se indica por el símbolo gráfico, que consiste en una compuerta AND seguida por un pequeño círculo (quiere decir que invierte la señal). La designación NAND se deriva de la abreviación NOT - AND. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que es la función AND la que se ha invertido. Las compuertas NAND pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de la función AND. XOR
Esta compuerta XOR (or-exclusiva) se comporta de una manera especial. Su característica especial es que el resultado de salida será 1 si las dos entradas son distintas, sean 0-1 ó 1-0.
Tabla de verdad XOR A B X 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
¿QUÉ ES UNA EXPRESIÓN BOOLEANA? Una expresión booleana es una expresión algebraica que da lugar a uno de dos posibles valores, 1 ("verdadero") o 0 ("falso"), conocidos como valores booleanos. La lógica booleana forma la base de los cálculos binarios modernos, o en base dos, de los sistemas informáticos. Puedes utilizar un sistema de expresiones booleanas para representar cualquier circuito electrónico de computadora.
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COMPUERTAS
AND
NOT
OR
CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS CIRCUITO 1
CIRCUITO 2
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CIRCUITO 3
CIRCUITO 4
CIRCUITO 5
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DISEÑO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES Son aquellos que no tienen en cuenta la variable del tiempo, están formadas por combinaciones de puertas lógicas. METODOLOGÍA DE DISEÑO
Definición de la función y especificación de las entradas y salidas. Obtener la tabla de verdad de la función a generar en la que intervienen solamente las especificaciones que podríamos llamar lógicas. A partir de la tabla procede a la simplificación de la función lógica.
MINI TÉRMINOS Y MAXI TÉRMINOS MINI TÉRMINOS
Son productos normalizados. Forma canónica de productos o suma normalizada de productos. Todas las combinaciones de variable de entrada que generan una salida “1” para la función.
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MAXI TÉRMINOS
Una función booleana puede representarse, como producto de sumas. Los términos de suma normalizados se denominan (maxterms), combinación de variables de entrada que generan una salida “U” para la función. Ejemplos
Mini términos F(a,b,c )=∑(0,1,2,4,5,6,7) Maxi términos F(a,b,c)= Ω(3)
1 2 3 4 5 6 7 8
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 1 1 0 1 1 1 1
TÉCNICAS DE SIMPLIFICACIÓN En las matemáticas con números reales estamos muy acostumbrados a simplificar. De hecho es lo que nos han enseñado desde pequeños. Si una determinada expresión la podemos simplificar. Y antes de implementarlos, es decir, antes de convertir las ecuaciones a componentes electrónicos (puertas lógicas) tenemos que simplificar al máximo. Una de las misiones de los ingenieros es diseñar, y otra muy importante es optimizar. No basta con realizar un circuito, sino que hay que hacerlo con el menor número posible de componentes electrónicos. Y esto es lo que conseguimos si trabajamos con funciones simplificadas. ¿CÓMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES?
1. Utilizando las propiedades y teoremas del álgebra de Boole. Se denomina método analítico de simplificación de funciones. Hay que manejar muy bien estas propiedades para poder eliminar la mayor cantidad de términos y variables. 2. Utilizando el método de Karnaugh. Es un método gráfico que, si lo aplicamos bien, nos garantiza que obtendremos la función más simplificada posible. En este curso analizaremos este curso.
TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE En un sistema algebraico definido en un conjunto B, que contiene Postulado 1: Definición 2 o más elementos donde pueden darse solo 2 operaciones, la suma u operación "OR" y la multiplicación o multiplicación "AND" Postulado 2: Identidad (existencia de neutros)
En B, el elemento neutro de la suma determinada "0" y en la multiplicación "!" donde X en B: a)n+0=X------------ b)X1=X
Para cada X,Y,Z en B: a)X+Y=Y+X-----b)XY=YX Postulado 3: Conmutatividad 41
Postulado 4: Asociatividad
Para cada X,Y,Z en B: a)X+(Y+Z)=(X+Y)+Z---------b)X(YZ)=(XY)Z
Postulado 5: Distributividad
Para cada X,Y,Z en B: a)X+(YZ)=(X+Y)(X+Z)-----------b)X(Y+Z)=(XY)+(XZ)
Postulado 6: Existencia de complemento
Para cada X en B existe un elemento único denotado por X' complemento tal que: a)X+X'= 1-------b)XX'=0
Teorema !: Multiplicación por cero (identidad)
Es el factor neutro: Suma: a+1=!--------Producto: a0=0
Teorema 2: Absorción
En la suma se identifica primero de forma aislada y luego multiplicando a otra expresión. Suma: A+(AB)=A----------Producto: A(A+B)=A
Teorema 3: Cancelación I
Es cuando se encuentra una expresión sumada o multiplicada con su complemento: Suma: A+A'B=A+B-------Producto: A(A'+B)=AB
Teorema 4: Cancelación II
Se identifica en 2 términos que comparten un factor común y otro que no es común, uno de ellos es el complemento de la otra: Suma: AB+A'B=B---------Producto:(A+B)(A'+B)=B
Teorema 5: Impotencia
Si se suma o multiplica el término n número de veces, dará por resultado el mismo. Suma: A+A+A=A---------Producto:(A)(A)(A)=A
Teorema 6: Consenso
Se encuentran 2 términos que contengan una expresión en uno afirmada y en otro negada, anotar los términos con que se multiplica uno y otro, al final se busca otro elemento o término que sea la multiplicación de estos 2 últimos, este último se multiplica. Suma: AB+A'C+BC=AB+A'C---------------Producto: (A+B)(A'+C)(B+C)=(A+B)(A'+C)
Teorema 7: De Morgan
Si hay suma complementada se puede hacer el producto de cada parte con su complemento. Suma: |A+B|=A'B'--------------Producto: |AB|=A'+B'
Teorema 8: Involución
El complemento de un complemento es el termino sin complementos.-----||A=A
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Teorema 9: Complemento de neutros
El complemento de la nada es el todo y el del todo es la nada.0'=1----1'=0
MAPAS DE KARNAUGH El mapa de KARNAUGH es un método gráfico que se utiliza para simplificar una ecuación lógica, para convertir una tabla de verdad a su circuito lógico correspondiente en un proceso simple y ordenado. TIPO DE DOS VARIABLES
En el mapa de KARNAUGH se grafican las dos entradas y se ponen 4 celdas que son la representación gráfica de las combinaciones posibles de las dos entradas. A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
S 1 0 0 1
X=a´b´+ ab
A B 1 B´ 0
A´ 0 1
DE TRES VARIABLES
Se grafican las dos entradas y se ponen 8 celdas que son la representación gráfica de las combinaciones posibles en las dos entradas. A 0 0 1 1 0 0 1 1
B 0 1 0 1 0 1 0 1
S 1 1 1 0 0 0 1 0
S=a´b´c´d+abc´d+ab
DE CINCO VARIABLES
Este mapa se obtiene de dos mapas con 4 variables, lo que hace un mapa con 32 celdas, y que cuenta con 5 entradas, aclarando se cuenta con una entrada.
43
MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS) EJEMPLO 1
1 2 3 4 5 6 7 8
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 0 0 1 0 1 0 1 0
1 2 3 4 5 6 7 8
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 1 0 1 1 1 0 0
BC A 00 01 10 11 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0
EJEMPLO 2
BC A 00 01 10 11 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0
EJEMPLO 3
BC A 00 01 10 11 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0
44
1 2 3 4 5 6 7 8
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 1 1 0 0 0 1 0
EJEMPLO 4
BC A 00 01 10 11 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0
1 2 3 4 5 6 7 8
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 1 1 0 0 0 1 0
UTILIZACIÓN DE ELEMENTOS LÓGICOS BÁSICOS PRACTICA 2 OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
Conocerán las operaciones lógicas utilizadas con mayor frecuencia. Conocerá los símbolos más importantes. Aprenderá a convertir expresiones lógicas sencillas en circuitos. EJEMPLO 1
Realizar un esquema de un circuito con un pulsador, un inversor y un led. El led deberá iluminarse cuando no se presione el pulsador. A 0 1
45
X 1 0
EJEMPLO 2
Confeccione un circuito con dos pulsadores, un enlace and y un led. El led debe encenderse al presionar los dos pulsadores. A B X 0 0 0 1 0 0 1 1 1
EJEMPLO 3
Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led. El led deberá iluminarse cuando se presiona al menos uno de los pulsadores. A B 0 0 1 0 1 1
46
X 0 0 1
EJEMPLO 4
Confecciona un circuito con 2 pulsadores un enlace NAND y un led. El led deberá apagarse cuando se presiona uno de los dos pulsadores. A 0 0 0 1
B 0 1 0 1
X 1 1 1 1
EJEMPLO 5
Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace NOR y un led. El led deberá apagarse cuando se presiona uno o los dos pulsadores. A B X 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0
47
EJEMPLO 6
Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led. El led deberá iluminarse cuando se presiona uno o los dos pulsadores.
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
X 0 1 1 0
EJEMPLO 7
En una planta un solo operario alimenta material a una prensa hidráulica y a continuación inicia la operación de prensado. Con el fin de garantizar la seguridad del operario la prensa deberá activarse únicamente si el operador pulsa un botón de inicio 48
con cada mano y además si la maquina detecta la presencia del material con el sensor 1 o sensor 2. A modo de protección adicional el sistema analiza si la barrera de luz incorporada ha sido interrumpida o no. Confiar un circuito para que la prensa hidráulica cumpla los requisitos planeados es decir la prensa únicamente podrá activarse si se cumplen las siguientes condiciones. Si se pulsan los dos. Si el material es detectado por el sensor 1 o 2. La barrera de luz no debe admitir señal alguna.
49
EJEMPLO 8
Dibuja el circuito en el que un AND de cuatro entradas únicamente se obtiene mediante compuertas AND de dos 2 entradas. Confecciona el circuito y comprueba su funcionamiento. A B C D X 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 EJEMPLO 9 Dibuja el circuito que implemente un NOR de 4 entradas, compuertas OR de 2 entradas y un inversor. Confecciona el circuito y comprueba su funcionamiento. A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
50
B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
EJEMPLO 10
Dibuja el circuito en el que un OR de2 entradas únicamente se obtiene mediante compuertas NAND de dos entradas. Confecciona el circuito y comprueba su funcionamiento. A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
X 0 1 1 1
EJEMPLO 11
Dibuja el circuito que corresponda a la función
En forma disyuntiva normal. 1 Pulsador 3 AND con 4 entradas 1 OR con 4 entradas 1 Indicador led
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A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 0 0 1 0 1 0 1 0
FAMILIAS LOGICAS Una familia lógica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnología común de fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y de salida; es decir, son compatibles entre sí. Como consecuencia de la estandarización, la interconexión entre dispositivos lógicos de una misma familia es particularmente sencilla y directa: no requiere de etapas adicionales de acoplamiento. FAMILIA TTL Y ECL
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53
54
55
FAMILIA MOS
Las familias lógicas MOS son aquellas que basan su funcionamiento en los transistores de efecto campo o MOSFET. Estos transistores se pueden clasificar en dos tipos según el canal utilizado: NMOS PMOS
FAMILIA CMOS
Basa su operación en la utilización de los transistores NMOS y PMOS funcionando como interruptores, de tal forma que los transistores NMOS suministran el nivel bajo (ya que no se degrada con la tensión umbral) y los transistores PMOS suministran el nivel alto (ya que no se degrada con la tensión umbral). BAJO VOLTAJE
Son familias lógicas especialmente diseñadas para funcionar con tensiones de alimentación reducidas, sin que ello suponga una pérdida de carga ni incremento de los tipos de propagación.
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FLIP-FLOP RS
Un flip-flop asíncrono a través de las dos entradas, la S=Set y R=Reset. Si una entrada recibe su señal la activación su estado de paso de inmediato. PRÁCTICA EJEMPLO
Dibuja un circuito con un flip-flop RS con entradas invertidas, atribuye a las entradas R y S las conexiones que se permitan la utilización de dos pulsadores que repaso pongan un 0 en su salida. Las dos salidas Q 1 y Q2 deberán controlar cada uno de los leds.
FLIP FLOP D
Es una forma especial del flip-flop RS activado por nivel la idea consiste en que las entradas de conmutación siempre deben conectarse en modo que únicamente existan 2 posibilidades S=1 R=0 y S=0 R=1. EJEMPLO 1
Dibuja un flip-flop D compuesto por un flip-flop RS sencillo y una etapa previa que conste de 2 puertas NAND y un inversor.
EJEMPLO 2
Dibujar un circuito de 2 bits con flip-flop D. La entrada de reloj deberá controlarse mediante un pulsador mientras que las entradas D se controlan mediante 2 interruptores. Las 2 salidas de los flip-flops están conectadas a las entradas 1 y 2 del display de 7 segmentos.
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COMPETENCIA DE LA UNIDAD Seleccionar y manipular dispositivos analógicos y digitales para la implementación de circuitos. CRITERIOS DE EVALUACIÓN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos Examen 60% Tareas 40% b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase Examen 50% Trabajo en equipo 50% c) Hace aportaciones a las actividades académicas desarrolladas Examen 50% Investigación 50% d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje Examen 50% Práctica 50% e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crítico Examen 60% Investigación 40% f) Realiza su trabajo de forma autónoma y autorregulada Portafolio 80% Investigación 20%
CONVERTIDORES Un conversor o convertidor analógico-digital (CAP), o también ADC del inglés (Analogto Digital Converter) es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonido y de video. La señal analógica que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una fija obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.
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EXPOSICIONES
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60
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62
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MAPA DIGITAL/ANALÓGICO
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MAPA CONCEPTUAL ANALÓGICO/DIGITAL
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UTILIZACIÓN DEL DISPARADOR SCHMITT OBJETIVO
El estudiante habrá adquirido los conocimientos siguientes: Conocer los circuitos de disparador Schmitt. Conocer lo que es una histéresis. Aprender como corregir los rebotes. Podrá atribuir datos digitales distorsionados por ruido. DESCRIPCIÓN Si se trasmiten señales digitales a través de cables largos, la característica propia de los cables distorsiona el nivel y los francos de las señales de esta manera es posible que una señal digital con 2 valores de tención claramente definidos se trasforme casi en una señal análoga, esta señal debe bombera a corriente en una señal digital en el receptor. DISPARADOR SCHMITT
Convierte una señal de entrada analógica en una señal de salida digital. En el caso de los módulos TTL significa que se convierte cualquier tensión de entrada analógica entre 0 y 5 voltios en un nivel de salida de 0 a 5v.
HISTÉRESIS Las señales analógicas reales suelen no tener un recorrido tan homogéneo como las señales sinusoidales. Con l frecuencia tales señales contienen partes de alta frecuencia que provocan ligeras vibraciones alrededor del valor como tal, en un sistema real estas circunstancias provocarían un comportamiento no deseado de disparador Schmitt.
81
La diferencia entre ambas tenciones U entradas (U ent) y el voltaje de salida (U Sal) se llama histéresis. UH= U ent- U sal Con la histéresis se obtiene el recorrido deseado de la tensión salida.
de
El símbolo dentro representa la histéresis de Schmitt además tiene una entrada L por tensión analógicas indistintas y una salida digital Q que únicamente puede asumir niveles altos o bajos.
Histéresis U ent
–U sal = Uh
U ent = 2.4r
U sal= 2.1v
Uh= 0.3v
REBOTES DE UN PULSADOR Al accionar un pulsador mecánico, internamente un contacto de conmutación contra un contacto fijo.
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PRACTICA 3 EJEMPLO 1
Simula un pulsador con rebote conectando un cable a 5v. ¿Cuántos puntos resultan a conectar la dirección? 16 con letras decimales
CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR EJEMPLO 2
Para corregir los rebotes de un pulsador no basta con conectar detrás de un disparador de Schmitt. Los rebotes del pulsador generan impulsos de 0V o 5V de manera que el disparador Schmitt entregaría la misma tensión de salida a pesar de la histéresis. Para corregir los rebotes del pulsador se aprovecha mas bien la característica especial de un condensador. El condensador se va cargando de manera lenta cuando se conecta tensión, y se vuelve a descargar relativamente despacio cuando se conectan a ambos polos al mismo potencial. El pulsador (con rebote) controla precisamente esas operaciones de carga y descarga del condensador.
¿Cuántos impulsos se producen al efectuar la conexión o desconexión? 16
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PROYECTO DE ARDUINO MATERIAL FOTO RESISTENSIAS RESISTENSIAS CABLE LEDS PROTO ARDUINO SERVOMOTOR LINTERNA
DESCRIPCION EL CIRCUITO LO QUE HACE ES QUE AL ALUSAR A UNA DE LAS FOTO RESISTENCIAS, SE PRENDE EL LED, Y EL SERVOMOTOR SE MUEVE EN LA DIRECCION EN QUE ESTA ENCENDIDA LA FOTORESISTENCIA. Y EN CASO DE QUE ALUCEMOS EN AMBAS FOTORESISTENCIAS SE ENCIENDEN LOS LEDS Y NO GIRA EL SERVOMOTOR.
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COMPETENCIAS DE LA UNIDAD
Conocer el lenguaje de un HDL. Implementar circuitos digitales utilizando un lenguaje HDL. Leer e interpretar diagramas de circuitos digitales. Colaborar en equipo para deducir soluciones aplicadas a circuitos digitales. CRITERIOS DE EVALUACIÓN
a)
Examen 40% Tareas 40% Trabajo en equipo
b)
Examen 40% Trabajo en equipo 30% Investigación 30%
c)
Examen 40% Investigación 30% Participación en clase 30%
d)
Examen 40% Prácticas 30% Tareas 30%
e)
Examen 40% Practicas 40% Tareas 20%
f)
85
Portafolio 60% Investigación 20% Participación en clase 20%
DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES Un Dispositivo Lógico Programable (PLD) es cualquier dispositivo lógico cuya función está especificada por el usuario, después de fabricado el dispositivo. Se usan para reemplazar lógica SSI y MSI, ahorrando así en costo y tiempo en el diseño. TIPOS
Existen 2 tipos de dispositivos lógicos, los cuales pueden programarse para obtener ciertas funciones combinacionales o secuenciales, GAL y PALS. Las PALS sólo se programan 1 vez y la ecuación no puede ser modificada. las GAL pueden ser reprogramadas varias veces. CARACTERISTICAS
Capacidad multinivel Niveles de jerarquías Capacidad de combinar descripción funcional y de comportamiento Instrucciones que se definen una sintaxis independiente del nivel Independencia tecnológica No depende de la forma de realización física posterior Universalidad Compatibles con gran número de herramientas Facilidad de comprensión y lectura Simplifica la documentación
FABRICANTES
Actel (fusible y flash) , Altera, Atmel (con micros), Chip Express, Clear Logic, Cypress, DynaChip, Fast Analog Solutions, Gate field, Hammer Cores, Lattice (SRAM y flash), Lucent Technologies, Motorola, Orbit, Quick Logic, Quick Turn, Vantis, Xilinx. PASOS PARA EL DISEÑO CON PLD´S
Flujo de datos Ecuaciones booleanas Funcional o comportamental Se basa en procesos en procesos y declaraciones secuenciales Estructural Módulos estructurales o esquemática
¿Para qué sirven los HDL´S? Los lenguajes de descripción de HW sirven para modelar circuitos. Los modelos se pueden simular para comprobar si corresponden con el funcionamiento deseado. O si se pueden sintetizar para crear un circuito que funcione como el modelo. 86
POR CAPTURA ESQUEMATICA
Se entiende el proceso de descripción, mediante un dibujo de un circuito eléctrico, en el que representan a los diferentes componentes del circuito y solo se efectúan interconexiones entre ellas. Existen varios programas con la aplicación de captura esquemática como el “schematic” del lspStarter de Lattice semiconductor o “fundation” de LINUX entre otros. Esta técnica permite simular en la computadora el circuito virtualmente y verificar su funcionamiento antes de su fabricación o implementación en un PLD, reduciendo así el ciclo de diseño y el tiempo de obtención de un problema. POR TABLAS DE VERDAD
Para aclarar el proceso es necesario un ejemplo específico. La tabla de verdad especifica un circuito combinacional de 3 entradas A B C y una salida. El procedimiento implica los siguientes pasos: 1) Deducir el número de entradas y salidas, y se le asigna un símbolo a cada una. 2) Deducir la tabla de verdad que define la relación entre entradas y salidas. 3) Obtener las funciones booleanas simplificadas 4) Dibujar el diagrama lógico y verificar que está correcto. A B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
X 1 0 0 0 1 0 1 1
POR ECUACIONES BOOLEANAS
Si se requiere reducir la función que realiza el circuito. Este proceso parte del diagrama lógico dado y culmina en un conjunto de funciones booleanas, una tabla de verdad o una posible explicación del funcionamiento del circuito. POR COMPORTAMIENTO
Describimos la forma en que se comporta el circuito. Esta es la forma que más se parece a los lenguajes de software ya que la descripción es secuencial.
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MAPA CONCEPTUAL
CIRCUITOS SECUENCIALES CON HDL Tienen la capacidad para recordar o memorizar los valores de las variables de entrada o esta operación es impredecible en los sistemas automáticos construidos con circuitos digitales. Sistemas digitales secuenciales Se dividen en 2 circuitos:
Máquina de more Máquina de Mealy
MÁQUINA DE MORE
Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los elementos de memoria y de las entradas presentes al instante . MÁQUINA DE MEALY
Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los elementos de memoria y de las entradas presentes al instante.
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DESCRIPCIÓN VERBAL
Si el conductor presente y (AND) el conductor no (NOT) tiene el cinturón enganchado Y (AND) el interruptor encendido está activo entonces encender la luz e advertencia. EXPRESIÓN BOOLEANA
Luz advertencia= Conductor presente circuito enganchado interruptor encendido
DIAGRAMA ESQUEMÁTICA Conductor presente
Cinturón enchanchado
Luz de advertencia
Interruptor encendido
ECUACIÓN BOOLEANA
Es una función cuyo dominio son las palabras conformadas por los valores binarios 0 y 1 y cuyo condominio son ambos valores 0 y 1. DIAGRAMA DE ESTADOS
Se debe pensar en la secuencia de operaciones por las que debe progresar el sistema. En este proceso de pensamiento se debe tener en cuenta las salidas que se necesitan que el sistema genere. Luego en primer lugar se describe el contador mediante un diagrama de estados, que muestra la progresión de estados por los que el contador avanza cuando se aplica una señal de reloj. Como ejemplo se muestra en la figura, un diagrama de estados de un contador básico en código Gray de 3 bits.
TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE
Una vez que se define el circuito secuencial mediante un diagrama de estados, el segundo paso es obtener la tabla del estado siguiente, que enumera cada estado del contador (estado actual) junto con el correspondiente estado siguiente. El estado siguiente es el estado al que el contador pasa desde su estado actual, al aplicar un impulso de reloj. La tabla del estado siguiente se obtiene a partir del diagrama de estados.
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Estado actual
Estado Siguiente
Q2
Q1
Q0
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIÓN DE COMPORTAMIENTO
Existen dos: ITITIAL Begin Clock= 1´b0; Repeat (30) #10 clock=Nclock end ALWAYS Begin Clock=1bo; #300 $frnish End Always #10 clock=nclock
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ASICRONO E
SICRONO
Sistema combinacional
Sistema combinacional
E
Elemento Memoria Generador de impulsor (RELOJ)
TRANSICIÓN DE ESTADO E(t)
Sistema combinacional
S(t)
Q (t+1)=G [E (t), Q (t)] Q(t)
90
EJEMPLO
TABLA DE ESTADO TRANSICIÓN Entrada Estado
DIAGRAMA DE
0 1
S1 S2 S1 S2 S1 S2
I1
I3
91
S2
I4
I1 I2 I3 I4
0 I3 I4 I1 I2
1 I2 I1 I4 I3
CIRCUITOS COMBINACIONALES HDL Consiste en compuertas lógicas cuyas salidas en cualquier momento, Están determinadas por la combinación actual de sus entradas. EJEMPLO:
E1
E2 E3 Se puede obtener Por captura esquemática Por tabla de verdad Por ecuaciones Booleanas Por descripción de comportamiento
Circuitos secuenciales HDL Tiene la propiedad de que la salida, no solo depende de la entrada actual, sino también de la secuencia de entrada anteriores. Ejemplo Se puede obtener: Por
captura esquemática Por tabla de verdad Por ecuaciones Booleanas Por descripción de comportamiento Por tabla de estado Por diagrama de transición 92
FLIP-FLOP
DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES ¿QUÉ ES UN PLD?
El PLD, o Dispositivo Lógico Programable, es un dispositivo con características que pueden ser configuradas por el usuario por medio de un programa y se le pueden implementar funciones lógicas que el usuario necesite en un sistema. La mayoría de los PLD´S integran una matriz de compuerta AND y una matriz de compuerta OR (fijas o programables), una matriz de conexiones, y algunas ocasiones, también registros. ¿EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLD´S?
Las primeras memorias ROM las cuales eran programadas mediante la destrucción de una matriz de diodos para realizar el almacenaje de datos, aún más las primeras memorias los datos de la misma debían ser “grabados” por el fabricante de la memoria con el consecuente costo y la
poca seguridad debido a que alguien podría conocer mis datos. Debido a estos problemas surge la necesidad de poder almacenar los datos por el usuario y surge así la PROM, siglas de programable ROM o sea memoria de solo lectura programable. EJEMPLO
Las entradas del PLD entran al arreglo lógico los cuales son hechos de columnas y filas (en la figura se muestra tal arreglo) cada par de columnas representa la entrada negada o complementada y la misma entrada sin negar, cada fila constituye un término AND. Las conexiones lógicas se establecen entre diferentes columnas y filas en la matriz para determinar cuál combinación de entradas llevaran al termino AND a un nivel alto. Más de un término AND alimenta una compuerta OR. La salida es la suma de productos.
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ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLD´S
Los PLD´S contienen una arquitectura general predefinida y se puede reprogramar por el usuario. Algunos PLD´S contiene FLIP-PLOPS y LATCHES para ser usados como elementos de almacenamiento para entradas y salidas. Los pines pueden ser usados como entradas, salidas o Y/O con habilitación de tres estados. VENTAJAS DE LOS PLD´S
Reduce la cantidad de CI Reduce el espacio en las tarjetas electrónicas. Menor consumo de potencia. Tiempo de diseño cortó. Se pueden realizar cambios del programa (mantenimiento). Compacta. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CON DISPOSITIVOS LOGICOS PROGRAMABLES.
1. Especificar la función que el circuito deseado debe realizar. 2. Generación de las ecuaciones booleanas requeridas para implementar esa función. 3. Simplificación de las ecuaciones booleanas. 4. Generación de un mapa de fusibles desde las ecuaciones booleanas. 94
5. Simulación Lógica (Opcional). 6. Programación de dispositivo seleccionado. 7. Chequeo o test del dispositivo ya programado con el programador.
PROGRAMACION DE LOS PLD´S
Programar significa realizar las conexiones reales en el arreglo, es decir cuales conexiones deben estar en 0, 1. Existen 2 métodos para programar un PLD: Programación por ZIF Programación en Sistema PROGRAMACIÓN POR ZIF
Este implica remover el chip del PLC y se requiere colocarlo en un dispositivo especial llamado (Programador). Actualmente los programadores se conectan a una computadora personal donde contiene bibliotecas de información de diversos tipos de PLC Donde ejecutan un software de programación donde nos permite establecer información como: Que dispositivo es, si esta en blanco o leer el estado de cualquier conexión programable El resultado de una programación exitosa es un archivo llamado JEDEC donde por medio de ZIF será grabado en el chip. 95
PROGRAMACIÓN EN SISTEMA
Este método el chip no necesita extraerse del circuito para su programación se la realiza por medio de un cable conocido como JTAG donde tiene 4 terminales que son conectadas la PLC y es cargada la información por medio de software que establece el formato apropiado de PLC DESVENTAJAS DE LOS PLD
Algunos aspectos negativos a señalar en estos circuitos vienen dado en que Las técnicas de los circuitos impresos cambian considerablemente La selección del encapsulado no es trivial Las conexiones entre terminales son muy pequeñas Surge la necesidad de utilizar una circuitería adicional para el control de la calidad.
REPORTE DE LA PRACTICA DE GALILEO INTRODUCCIÓN
En está ocasión realizaremos una práctica en la cual utilizaremos lo que es galileo, conoceremos sus características y la manera en cómo funciona, como debemos utilizarlo sin dañarlo. Otra de las cosas que veremos es como con un galileo y un pequeño código podremos realizar una secuencia de encendido y apagado de un led. Veremos cómo hacer que el un servo motor se mueva con ayuda de un frecuenciometro. Y veremos cómo funciona el galileo con un sensor de luz, y cómo podemos hacer que prenda y apague el led que tiene integrado el galileo. ¿QUÉ ES EL GALILEO?
Intel Galileo es una plataforma de desarrollo de hardware, que permite la creación de objetos interactivos. Toma información del medio ambiente, la procesa y genera acciones en respuesta.
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PARTES DEL GALILEO
Ethernet. RS-232 Port. USB client. USB host. Digital pins. 5V Power In. SD card. SD Activity Indicator. Power indicator Arduino sketch reset. Pin 13 LED. Reboot button. IOREF select analog pins. Power pins.
PRACTICA 1 “LED DEL GALILEO”
En esta práctica lo que el galileo realizo es prender y apagar un led que contiene integrado, con el siguiente código: int led = 13; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(led, HIGH); } void loop() { //put your main code here, to run repeatedly: digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); delay(1000);
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PRACTICA 2 “SERVO Y POTENCIOMETRO”
//Utiliza el Grover - sensor de Angulo giratorio para controlar la posición de la arboleada - servo//conecte el Grover - servo a la toma marcada D3 //conecte el Grover - sensor de ángulo giratorio para A0 #include //Definirlos pines a la que están conectados el servo y el sensor. const int pinServo = 3; const int potentiometer = 0; //utilice un objeto servo para representar y controlar e servo. Servo groveServo; void setup() { //Dígale al objeto servo que pin que se utilizara para controlar el servo. groveServo.attach(pin Servo); //configura pines de sensor de ángulo de señales de entrada pinMode(potentiometer, INPUT); } void loop() { //Leer el valor del sensor de ángulo. int sensorPosition = analogRead(potentiometer); //el valor analógico del sensor de ángulo está entre 0 y 1023, pero //el servo solo acepta valores entre 0 y 179; utilizar el mapa() //función como una conversión lineal entre los dos rangos. int shaftPosition = map(sensorPosition, 0, 1023, 0, 179); 98
//utilice el objeto servo para mover el servo. groveServo.write(shaftPosition); delay(15); }
PRACTICA 3 “TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ”
// Demo for Grove - Starter Kit V2.0 // // Uses the Grove - Light Sensor to measure the ambient light, and turns on the Grove - LED // when the value drops below a certain threshold. // In a bright room, try covering the Grove - Light Sensor with your hand. // Connect the Grove - Light Sensor to the socket marked A0 // Connect the Grove - LED to D7 // Defines the pins to which the light sensor and LED are connected. const int pinLight = A0; const int pinLed = 13; // Defines the light-sensor threshold value below which the LED will turn on. // Decrease this value to make the device more sensitive to ambient light, or vice-versa. int thresholdvalue = 400; void setup() { // Configure the LED's pin for output signals. pinMode(pinLed, OUTPUT); 99
} void loop() { // Read the value of the light sensor. The light sensor is an analog sensor. int sensorValue = analogRead(pinLight); // Turn the LED on if the sensor value is below the threshold. if(sensorValue < thresholdvalue) { digitalWrite(pinLed, HIGH); } else { digitalWrite(pinLed, LOW); } } CONCLUSION
En estas prácticas que hemos realizado con el galileo, me di cuenta de que se pueden hacer muchas cosas con este tipo de instrumento, a pesar de que no tiene capacidad de guardar en memoria lo que se le programa es muy sencillo de utilizar.
100
CONCLUSION FINAL En esta materia nos dimos cuenta es muy importante conocer que son los principios eléctricos y cómo los utilizamos a diario. En la primera unidad aprendimos que es importante conocer lo que es la electronica analogica, las funciones que contiene y sus caracteristicas de cada una de ellas. También nos dimos cuenta de que los componestes que tiene son de suma importancia dentro de algun circuito, ya que cada uno de ellos realiza una funcion muy importante. Y que es muy importante conocer los tipos de energia que existen, sus caracteristicas, y el funcionamiento, la manera en la que puenden ser utilizadas sus ventajas y desventejas. En la unidad 2 vimos lo que es la electrónica digital, las funciones en las que podemos aplicarla. Uno de los temas importantes fue la aplicación de las compuertas lógicas ya que supe cómo es que realizan su funcionamiento, dentro de un circuito, y como es que deben de ordenarse para obtener un buen funcionamiento. De las familias lógicas también es muy importante conocer sus características, su funcionamiento y como es que están conformadas. En la unidad 3 vimos la importancia de los convertidores y la manera en la que lo podemos aplicar. Vimos las características y sus aplicaciones, en las cuales vimos cómo es que convierte las señales analógicas a digitales y de digitales ha analógicas. También vimos lo que es la histéresis y cuál es su función, al ponerlo junto con un pulsador.
101
