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• Leonel Chipana

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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

ELECTROTÉCNIA INDUSTRIAL

FASCÍCULO DE APRENDIZAJE

ELECTRÓNICA DIGITAL (PARTE II)

Técnico de

Nivel Medio.

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO FAM. OCUPACIONAL :

ELECTROTÉCNIA.

ESPECIALIDAD

:

ELECTROTÉCNIA INDUSTRIAL.

NIVEL

:

TÉCNICO MEDIO.

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la especialidad de ELECTROTÉCNIA INDUSTRIAL a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a ELECTRÓNICA DIGITAL (PARTE II). Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI N° de Página…....156..........…… Firma …………………………………….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: …………05 – 08 - 01…………….

Registro de derecho de autor:

1

ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

INDICE

1. Presentación........................................................................ 3 2. Tarea 5.............................................................................. 4 – 58 Montar Circuitos Contadores con Flip – Flop y C.I. 3. Tarea 6............................................................................. 59 – 75 Montar Registros Digitales. 4. Tarea 7............................................................................. 76 – 121 Montar Voltímetro Digital con Memoria. 5. Tarea 8.............................................................................. 122 – 142 Montar Variador de Velocidad de Motor de C.C. 6. Medio Ambiente.................................................................. 143 – 144 7. Hojas de Trabajo.……….................................................... 145 – 155 8. Bibliografía............................................................................

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

2

ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

PRESENTACION El presente Manual de Aprendizaje de la especialidad de Electrotecnia Industrial, del Programa de Técnicos Industriales, corresponde al curso 04.04.02 Electrónica Digital y tiene como objetivo analizar, montar, detectar fallas y reparar los circuitos electrónicos digitales, utilizando instrumentos de medición electrónicos. El Manual tiene dos partes, Electrónica Digital Parte II, esta compuesto por las siguientes tareas: 5- Montar Circuitos Contadores con Flip – Flop y C.I. 6- Montar Registros Digitales. 7- Montar Voltímetro Digital con Memoria 8- Montar Variador de Velocidad de Motor de C.C. Asimismo, comprende la tecnología relacionada, aspectos e seguridad e higiene industrial, protección del medio ambiente y la bibliografía empleada.

Elaborado en la Zonal:

Lambayeque Cajamarca Norte

Año:

2005

Instructores:

Julio Quispe Rojas. Romelio Torres Mayanga

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

MONTAR CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP-FLOP Y CI

4

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

4

CONTADOR ASÍNCRONO ASCENDENTE J=k=1

CONTADOR ASÍNCRONO DESCENDENTE J=k=1

Nº

ORDEN DE EJECCIÓN

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES

1

MONTE CIRCUITO CONTADOR ASÍNCRONO FUENTE DE ALIMENTACIÓN DC. ASCENDENTE CON F.F Y VERIFIQUE EL MULTÍMETRO DIGITAL , PROTOBOARD. CUMPLIMIENTO DE LA TABLA DE VALORES.

2

MONTE CIRCUITO CONTADOR ASÍNCRONO CIRCUITOS INTEGRADOS 74LS76. DESCENDENTE CON F.F Y VERIFIQUE EL CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 24 AWG. CUMPLIMIENTO DE LA TABLA DE VALORES.

3

MONTE CIRCUITO CONTADOR ASÍNCRONO PINZAS, ALICATE DE CORTE. MODULO 10 Y VERIFIQUE EL CUMPLIMIENTO RESISTENCIAS, CONMUTADORES, DIODOS DE LA TABLA DE VALORES. LED.

PZA

CANT

DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES

MONTAR CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP-FLOP Y CI

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

MATERIAL

HT

OBSERVACIONES

REF: HT-05

Tiempo:4 HORAS HOJA: 1 / 1 Escala: ------

2005 5

5

ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO FLIP FLOP CON COMPUERTAS LOGICAS NAND. DESCRIPCIÓN Un flip flop con compuertas NAND, es un circuito elemental de memoria, que permite mantener el valor lógico de su salida por todo el tiempo necesario, mientras no se propicie su cambio. Tiene una entrada Establecer – E; que permite poner Q=1 y una entrada Reestablecer – R que pone Q=0; y para mantener el valor de la salida Q sin cambio ambas entradas deben estar en 1 lógico. En un flip flop la salida Q y Q son siempre complementarias, para el registro básico NAND, como también se conoce a este circuito, las entradas E=R=0 no se usa, porque no cumple con el funcionamiento de un flip flop.

PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO: Identifique los terminales del CI 74LS00. 2º PASO:

Arme circuito en el protoboard.

E

1

3

Q

2 4

R 3º PASO:

6

Q

5

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad; manteniendo siempre las entradas en los valores 1 lógico. A: B: C:

Mantenga las entradas siempre en E=1 y R=1; y las salida se mantendrá, no habrá cambio. Cambie por un momento E=0 y luego retorne a E=1, la salida debe ser Q=1. Cambie por un momento R=0 y luego retorne a R=1, la salida debe ser Q=0. E 1 0 1 0

R 1 1 0 0

Q No hay cambio 1 0 No usar

OBSERVACIÓN No se debe usar la combinación E=0 y R=0; porque el circuito no se comporta como flip flop y los componentes se pueden deteriorar. 6

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO FLIP FLOP CON COMPUERTAS LOGICAS NOR. DESCRIPCIÓN Un flip flop con compuerta NOR, permite almacenar un bit, manteniendo el valor en su salida Q por todo el tiempo necesario mientras no se propicie su cambio. En el registro básico NOR: las entradas E=R=0 mantienen la salida sin cambio y las entradas E=R=1 no se usan. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS02.

2º PASO:

Arme circuito en el protoboard.

E

2

1

Q

4

Q

3

5

R 3º PASO:

6

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad; manteniendo siempre las entradas en los valores 0 lógico. A: B: C:

Mantenga las entradas siempre en E=0 y R=0; y las salida se mantendrá, no habrá cambio. Cambie por un momento E=1 y luego retorne a E=0, la salida debe ser Q=1. Cambie por un momento R=1 y luego retorne a R=0, la salida debe ser Q=0. E 0 1 0 1

R 0 0 1 1

Q No hay cambio 1 0 No usar

OBSERVACIÓN No se debe usar la combinación E=1 y R=1; porque el circuito no se comporta como flip flop y los componentes se pueden deteriorar. 7

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE FLIP FLOP RS DESCRIPCIÓN El flip flop SR con reloj es un circuito que permite realizar los cambios de estado de su salida solo cuando recibe en su entrada CK un flanco positivo o transición de 0 a 1 (TPP), ó un flanco negativo ó transición de 1 a 0 (TPN) según corresponda. Su tabla de verdad es similar a la registro básico NOR pero requiere del flanco correspondiente para efectuar el cambio de estado.

PROCESO DE OPERACIÓN

1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS00, 74LS04 y 74LS08.

1º PASO:

Arme el circuito en el protoboard. 1 3

4 6

2 5

12 8

13

10 11

9

1

2

1

3 2

Detalle de Detector de Flanco Positivo 2º PASO:

Pruebe el funcionamiento del circuito con Monoestable de ancho de pulso de 5 segundos.

8

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

TABLA DE VERDAD DEL FLIP FLOP SR CON RELOJ S 0 1 0 1

R 0 0 1 1

CK    

Q No hay cambio 1 0 No usar

OBSERVACIÓN Si el circuito no funciona con la llegada de los flancos, modifique el detector de flanco agregando dos inversores adicionales (total tres).

6 1

4 5

2 3

1

2

3

Detalle de Detector de Flanco Positivo

3º PASO:

Compruebe si el detector de flanco es un detector de flanco positivo porque los cambios se deben efectuar cuando el led del Monoestable se enciende y no cuando se apaga. OBSERVACIÓN Puede reemplazar el detector de flanco positivo por el detector de flanco negativo mostrado y verificar que los cambios se dan cuando el led del Monoestable se apaga.

1

2

2 3

1

Detalle de Detector de Flanco Negativo

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE FLIP FLOP JK Y T DESCRIPCIÓN El flip flop JK utiliza las cuatro combinaciones de sus entradas JK; las tres primeras son iguales a la SR; y la combinación J=K=1, complementa el valor de la salida después de recibir el flanco. Si J=K=1; y Q=0; al recibir el flanco cambia Q=1 y en el siguiente flanco; cambia a Q=0. El flip flop T es una variación del JK; para ello se unen las entradas JK formando una sola entrada llamada T y por ello tiene solo dos estados de trabajo: T = 0 : no hay cambio en la salida y T = 1 : la salida se complementa en cada flanco. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique terminales de C I flip flop JK CI 74LS73 ó similar.

2º PASO:

Armar circuito de prueba mostrado en el protoboard.

14

12

1

13 3 2

3º PASO:

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad del flip flop JK activado por flanco negativo. 10

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

TABLA DE VERDAD DEL FLIP FLOP JK J 0 1 0 1

K 0 0 1 1

CK ↓ ↓ ↓ ↓

Q Q0 1 0 Q0

Q No cambia 1 0 Se complementa

4º PASO:

Identique terminales de CI flip flop JK 74LS73

5º PASO:

Armar circuito de prueba mostrado en el protoboard.

6º PASO:

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad del flip flop T activado por flanco negativo. TABLA DE VERDAD DEL FLIP FLOP T T 0 1

CK ↓ ↓

Q Q0 Q0

Q No cambia Se complementa

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE FLIP FLOP D. DESCRIPCIÓN El flip flop D es una variación del JK; donde se utiliza un inversor para conectar el J con el K, y la entrada J se convierte en la entrada D, y por ello solo tiene dos estados de trabajo: D = 0 : después del flanco Q = 0 D = 1 : después del flanco Q = 1 PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique terminales de CI flip flop JK 74LS73, 74LS04.

2º PASO:

Armar circuito de prueba mostrado en el protoboard.

3º PASO:

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad del flip flop D activado por flanco negativo. TABLA DE VERDAD DEL FLIP FLOP D D 0 1

CK ↓ ↓

Q 0 1 12

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

4º PASO:

Identifique terminales de CI flip flop D 74LS74.

5º PASO:

Armar circuito de prueba mostrado en PROTOBOARD.

2

5

3

6

1

6º PASO:

Compruebe el cumplimiento de la tabla de verdad del flip flop D activado por flanco positivo. TABLA DE VERDAD DEL FLIP FLOP D D 0 1

CK  

Q 0 1

OBSERVACIÓN Cuando el flip flop es activado por flanco positivo el cambio se produce cuando el led del astable se prende y cuando el flip flop es activado por flanco negativo el cambio se produce cuando el led del astable se apaga.

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR ASÍNCRONO ASCENDENTE.

FUNCIONAMIENTO

DE

CONTADOR

DESCRIPCIÓN El circuito Contador Asíncrono Ascendente esta formado por Flip Flops JK y permite contar los pulsos de reloj que llegan al circuito contador; ingresando al primer flip flop que corresponda al bit menos significativo LSB. Los Flip Flops JK, cuando sus entradas JK están conectadas a J=K=1; con cada flanco correspondiente, negativo en este caso, complementa el valor de su salida Q. En el contador asíncrono; cada flip flop puede cambiar el nivel de su salida Q, después del cambio de la salida Q del flip flop anterior; porque su entrada CK recibe los niveles de la salida Q del flip flop anterior.

PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS76.

2º PASO:

Arme el circuito mostrado en el protoboard. J=k=1

3º PASO:

Limpie las salidas Q del contador para obtener: Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 0 14

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

Esto se logra conectando brevemente CLR a 0 voltios y volviendo a conectar a 5 voltios (Vcc). ( pulsando el pulsador) 4º PASO:

Conecte a la entrada CK del FF 0, un Astable con ancho de pulso de 1s.

5º PASO:

Verifique el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO CLEAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0

Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR ASÍNCRONO DESCENDENTE.

FUNCIONAMIENTO

DE

CONTADOR

DESCRIPCIÓN El circuito contador descendente cuenta los pulsos de reloj que recibe el circuito contador; disminuyendo desde el valor máximo del contador; un valor por cada pulso recibido. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS76.

2º PASO:

Arme el circuito mostrado en el protoboard. J=k=1

3º PASO:

Prefije las salidas Q del contador para obtener: Q3 1

Q2 1

Q1 1

Q0 1

Esto se logra conectando brevemente PR a 0 voltios y volviendo a conectar PR a 5 voltios (Vcc). ( Pulsando el pulsador) 4º PASO:

Conecte a la entrada CK del FF 0, el Astable de pulso de 1s.

5º PASO:

Verifique el funcionamiento y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 PRESET 0 1 1 1 1 1 0 1 1 2 0 0 1 1 3 0 0 1

14 15 16

0 0 1

0 0 1

1 0 1 16

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR ASÍNCRONO MODULO N.

FUNCIONAMIENTO

DE

CONTADOR

DESCRIPCIÓN El circuito Contador Asíncrono Modulo N; es un contador que pueden contar una cantidad de estados cualquiera, no obligatoriamente 2n como los contadores binarios, un caso común es el contador décadas o modulo 10 o Mod -10 . El contador de décadas permite tener 10 estados de 0000 a 1001 equivalente de 0 a 9 en decimal; luego de llegar a 1001 recicla a 0000; utilizando para ello una compuerta NAND. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS76, 74LS00 Y 74LS08.

2º PASO:

Arme el circuito mostrado en el protoboard. J=K=1

4

15

1

9 11

6

4

15

1

12

16

6 12

16 3

8

3

9 11

8

1 2

3

13 11 12

OBSERVACIÓN Se puede utilizar el equivalente AND en lugar de la compuerta AND.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

3º PASO:

Limpie las salidas Q del contador para obtener: Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 0

Esto se logra conectando brevemente CLR a 0 voltios y volviendo a conectar a 5 voltios (Vcc).( Se realiza al pulsar el pulsador) 4º PASO:

Conecte a la entrada CK del FF 0, el Astable con ancho de pulso de 1s.

5º PASO:

Verifique el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO CLEAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR SINCRONO BINARIO UP/DOWN.

FUNCIONAMIENTO

DE

CONTADOR

DESCRIPCIÓN Un contador síncrono realiza el cambio de los niveles de sus salidas Q. Todas al mismo tiempo cuando recibe el flanco correspondiente. El contador síncrono binario UP/DOWN permite el conteo ascendente y descendente dependiendo del terminal por donde se ingresa los pulsos: ascendente si se ingresa por CPU y descendente por CPD. PROCESO DE OPERACIÓN

1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS193.

2º PASO:

Arme el circuito en el protoboard.

3º PASO:

Limpie las salidas Q del contador para obtener: Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 0

Conectando brevemente MR a Vcc: 5 voltios y volviendo a conectar a 0 voltios (GND). (pulsando el pulsador MR) 19

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

4º PASO:

Conecte CPD a 1 y un astable de 1s a CPu y verificar el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO CLEAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

5º PASO:

Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Conecte CPu a 1 y un astable de 1s a CPD y verificar el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO PRESET 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Q3 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Q2 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1

Q1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Q0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR SINCRONO DE MODULO N.

FUNCIONAMIENTO

DE

CONTADOR

DESCRIPCIÓN Un contador síncrono integrado UP/DOWN y con entrada paralela prefijable permite trabajar como contador ascendente y descendente de MOD-N contando desde 0000 hasta cualquier valor menor 2 4 . donde 4 es el número de bits Seleccionando los niveles adecuados de PL, MR, e ingresando los pulsos por CPD o CPu, tendrá un funcionamiento ascendente o descendente. Se utiliza el CI 74LS193 para diseñar un contador síncrono MOD 12. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS193.

2º PASO:

Arme el circuito mostrado en el protoboard.

3º PASO:

Limpie las salidas Q del contador para obtener: Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 0

Conectando brevemente MR a Vcc: 5 voltios y volviendo a conectar a 0 voltios (GND). (pulsando el pulsador MR)

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

4º PASO:

Conecte CPD a 1 y un astable de 1s a CPu y verificar el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO CLEAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

5º PASO:

Arme el circuito en el PROTOBOARD.

6º PASO:

Conecte las entradas paralelas P3 a P0 a los niveles adecuados para cargar a las salidas Q del contador y obtener lo siguiente: Q3 Q2 Q1 Q0 1 0 1 1 Conectando brevemente PL a Vcc: 0 voltios y volviendo a conectar a 5 voltios (Vcc). ( pulsando el pulsador PL)

7º PASO:

Conecte CPu a 1 y el astable de 1s a CPD y verifique cumplimiento de la secuencia descendente de 1011 a 0000. 22

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el

ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE CONTADOR DE BCD. DESCRIPCIÓN Un circuito contador de Décadas BCD cuenta de 0000 a 1001 y se puede conectar en cascada para producir un conteo de unidades, centenas, millares, etc. Se agrega al circuito un decodificador BCD a 7 segmentos y un Display de ánodo común, para presentar el conteo directamente en forma de números decimales. PROCESO DE OPERACIÓN 1º PASO:

Identifique los terminales de CI 74LS90 y 74LS47 y Display de ánodo común.

2º PASO:

Arme el circuito mostrado en el protoboard. A 14

74LS90

B 11

8

74LS90

1

14 B 1

11

9

8

9

OBSERVACIÓN Se puede poner un led con su resistencia en las salidas D C B A de cada contador para verificar su estado 3º PASO:

Limpie las salidas Q del contador para obtener valor 0000 en las salidas D C B A y observar 00 en los displays.

4º PASO:

Conecte a la entrada CK el astable con ancho de pulso de 1s. 23

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

5º PASO:

Verifique el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores.

ACCION/PULSO CLEAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9

D1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

C1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

B1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

D0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

C0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

B0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

A0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

DISPLAY 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

20 21 22 23 24 25 . . . 96 97 98 99 100 101 102

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1

20 21 22 23 24 25

1 1 1 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 1 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0 1

0 1 0 1 0 1 0

96 97 98 99 00 01 02

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

FLIP FLOP INTRODUCCIÓN Un Flip Flop es un circuito que tiene dos estado estables y la capacidad de pasar de un estado a otro con la aplicación de una señal de control, permaneciendo en este estado aunque se retiren las señales de entrada. La diferencia entre los Flip Flops y las compuertas lógicas radica en que este último necesita la retención de sus señales de entrad para mantenerlo en un estado determinado en cambio Flip Flop no lo requiere. Los elementos de memoria permiten que usted puede guardar información digital para utilizarlos posteriormente, tal capacidad permite entre otras cosas la construcción de sistemas electrónicos o computadoras en su versión macro, mini micro dependiendo de su tamaño. Los Flip Flops, así como los laches, son considerados como simples elementos de memoria ya que tienen habilidad de recordar el estado de sus salidas, aun cuando las entradas son removidas. Dado que hay dos estado estables, los Flip Flops y los latches son considerados como elementos biestables. Básicamente los latches y Flips Flops realizan la misma función, pero difieren principalmente en la manera en que son disparados o activados. Todos los Flips Flops son controlados por la transición de la señal de disparo (gate), la cuales referenciada como la señal de clock (reloj). La salida del Flip Flop podrá cambiar de estados simultáneamente cuando la señal de clock realice la transición desde 0 a 1 desde 1 a 0. OPERACIÓN DE LOS FLIP FLOP El Flip Flop es un dispositivo que puede almacenar un bit de información. Los Flip Flop se pueden dividir en los siguientes tipos básicos de acuerdo con su función lógica. Flip Flip Flip Flip

Flop tipo RS (reset set Flip Flop) Flop tipo JK Flop tipo T (trigger Flip Flop) Flop tipo D (delay Flip Flop

A.-El Flip Flop básico formado por dos compuertas NAND se muestra en la figura 1. B.-Si S = “0” y R= “1”, Q = “1” y = “0”. Si S = “1” y R = “0”, Si S = “1” y R = “0”, Q = “0” y = “1”. Q se mantienen bajo y se mantiene alto, cuando conmutamos R a alto después de que se aplique “1” y “0” a S y R respectivamente. Este estado no cambiará así apliquemos “1” y “0” a S y R de nuevo. Q conmutará a alto (“1”) y irá a bajo (“0”), sólo cuando apliquemos un “0” a S.

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

S

Q

Q

R

Figura Flip Flop Básico C.-En otras palabras, el Flip Flop puede memorizar cual de las entradas recibió un “0” S o R. El diagrama de tiempo se muestra en la figura 2 y su tabla de verdad está dada en la tabla 1.

S 1 0 1 R 0 1 Q 0

Figura 2: Diagrama de tiempo del Flip Flop Entradas

Salidas

S

R

Q

Q

0 0 I I

0 I 0 I

I** I 0 Q0

I” 0 I Q0

Tabla 1: Tabla de verdad del Flip Flop básico Notas: 1.-* El uso de esta combinación en las entradas es prohibido debido a que la salida es indeterminada. 2.-Qo es nivel de Q antes de que se establezcan las condiciones de entrada del estado estable (S = R = “1”).

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FLIP FLOP RS A.-La forma más simple de todos los FLIP FLOP es la que se muestra en la figura 3. Su símbolo lógico está dado en la figura 4 y su tabla de verdad está indicada en la tabla 2. S Q CP Q R

Figura 3: Diagrama de un FLIP FLOP RS con entrada de reloj. B.-Cuando se aplica un pulso a la entrada del reloj CP, las salidas cambiarán de acuerdo con su tabla, dependiendo de las condiciones de R y S. C.-El pulso de reloj es de gatillamiento positivo como se indica en la figura 5. Es necesario mantener las señales de entrada mientras el reloj está en el nivel “1”. S

Q

CP

Q

R

Figura 4: Símbolo lógico del FLIP FLOP RS. D.-Cuando las señales aplicadas a las entradas sean ambas de nivel “1” ambas salidas Q y Q serán “1”. En este caso no está decidido cual de las salidas es “1” hasta que el pulso de reloj desaparezca. El uso de los FLIP FLOP RS es evitado en la medida de lo posible en los sistemas digitales. Entradas

Salidas

S

R

Q

Q

0 0 I I

0 I 0 I

Q0 0 I **

Q Q0 0 **

Tabla 2 de verdad del FLIP FLOP RS

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Notas: 1.- * Salida indeterminada 2.- Q = al nivel de Q antes de que se establezcan las condiciones de estado estable (S = R = “1”). La entrada no debe cambiar de estado, mientras el reloj esta en nivel alto

1 0 Entrada en R 1 0 Entrada en CP 1 0 Entrada en Q 1 0 Entrada en S

Las entradas S y R no deben ir al nivel alto mientras el pulso de reloj es alto

Figura 5: Diagrama de tiempo del FLIP FLOP RS. FLIP FLOP JK A.- El símbolo lógico del Flip Flop JK con sus funciones de preset y clear se muestra en la figura 6. En la figura, J es la entrada J, K la entrada K, CP es la entrada de reloj, S la entrada de preset y R la entrada de reset o clear: Q y son las salidas.

J

S

Q

CP K

R

Q

Figura 6 Símbolo del Flip Flop JK B.-

La operación del FLIP FLOP JK se explicará asumiendo por conveniencia que este no tiene terminales de R y S. La tabla de verdad del Flip Flop JK se muestra en la tabla 3.

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Entradas

Salidas

J

K

Qn + I

0 0 I I

0 I 0 I

Qn 0 I Qn

Tabla 3: Tabla de verdad del FLIP FLOP JK Fórmula Lógica Qn + 1 = K C.-El término Qn se da al estado que el FLIP FLOP o su nivel de salida alcanza después del n-ésimo pulso de reloj ha sido aplicado y la notación Qn + 1 representa el nivel de salida después de la aplicación de un pulso más después del n-ésimo. D.-El indicador junto a la entrada CP (pequeño círculo), indica que las salidas mostradas en la tabla de verdad se conseguirán de acuerdo con las condiciones de J y K, cuando el pulso de reloj esté en le flanco negativo. E.-La primera fila de la tabla de verdad indica que cuando J y K están en el nivel “0” el FLIP FLOP mantendrá su estado independientemente de si llega o no el pulso de reloj. F.-Cuando J = “0” y K = “1”, el FLIP FLOP se reseteará en el siguiente pulso de reloj. G.-Cuando J = “1” y K = “0”, el FLIP FLOP se reseteará en el siguiente pulso de reloj. H.-La cuarta fila de la tabla de verdad indica que cuando J = K = “1”, el FLIP FLOP conmutará de estado por cada pulso de reloj. I.-Si un indicador de estado se adiciona a las entradas S y R, el dispositivo es activo en nivel 0. En otras palabras cuando una señal de “0” se aplica a la entrada S, el FLIP FLOP da “1” como salida independientemente del estado que haya tenido, y cuando se aplica una señal de “0” a la entrada R el FLIP FLOP dará un “0” como salida independientemente del estado que haya tenido. J.-Cuando se aplica un “0” a ambas entradas S y R ambas salidas Q y Q serán “1”.Cuando las entradas S y R se resetean a “1” es impredecible saber cual de las dos salidas Q y Q será “1”. Es por esto que aplicar una señal de “0” a ambas entradas S y R es prohibido. La tabla de verdad que describe todas las posibilidades de entrada y salida del FLIP FLOP JK se indica a continuación. ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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Entradas S R 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

CP X X X

J X X X 0 1 0 1

Salidas K Qn+1 Qn+1 X 1 X 0 X 1* 0 Qn n 0 1 1 0 1 Qn Qn (TOGGLE)

Tabla 4: Tabla de verdad del Flip Flop JK

Notas: 1.El símbolo es un pulso de nivel alto. Si se mantienen las entradas de J y K mientras se aplica un pulso de reloj “1”, cuando este conmute a “0” las entradas irán hacia la salida. 2.El término Qn representa el nivel de salida Q que existe después de la última transición.. 3.El término Toggle (conmutar) implica que el Flip Flop cambia de estado cada vez que recibe un pulso de reloj. 4.El asterisco “*” indica el estado tentativo o indeterminado de la salida. Cuando las entradas S y R se resetean a “1” las salidas no estarán más en un estado indeterminado. 5.La marca X indica cualquier entrada incluso una transición. FLIP FLOP T A. El símbolo lógico del Flip Flop tipo T se muestra en la figura 7 y su tabla de verdad en al tabla 5. Q T

Q Figura 7: Símbolo del Flip Flop T.

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30

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Entrada

Salida

T 2Qn 1Qn

Qn + 1

Tabla 5: Tabla de verdad del Flip Flop T. B.-La salida del Flip Flop cambia al estado contrario, esto es, conmuta cuando un pulso de reloj que cambia de “1” a “0” se aplica al terminal de entrada T. De acuerdo con esto las salidas del Flip Flop Q y se resetearán por cada dos pulsos que lleguen al Flip Flop T, esto nos provee una función de contador binario. C.Es por esto que el Flip contadores.

Flop T se le llama contador y se usa en circuitos

D.Como se indica en la última fila de la tabla de verdad del Flip - Flop JK es posible convertir un FLIP FLOP JK en un tipo T cuando las entradas JK se colocan a “1” y se utiliza pulsos de reloj como disparador. 1

1

J T

S

Q

CP K

R

Q

1

Figura 8: Conversión de un JK en un tipo T.

T Q

Figura 9: Diagrama de un Flip Flop T.

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31

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FLIP FLOP D A.El Flip Flop D tiene una sola entrada como se muestra en la figura 10 y opera de tal manera que su estado interno es siempre un bit retrasado un tiempo. Su tabla de verdad está indicada en al tabla 6. D

Q

Q

CP

Figura 10: Símbolo lógico del FLIP FLOP tipo D. B.El Flip Flop tipo D es adecuado para retardar un bit un tiempo Entrada Dn

Salida Qn + 1

2 1

2 1

Dn : El término Dn indica el estado de D en el n ésimo pulso de reloj. Qn + 1 : La notación de Qn + 1 indica el estado de D después del n-ésimo pulso de reloj más uno. C.El diagrama de tiempo del FLIP FLOP D se muestra en la figura 11. Si D es “1” cuando llega un pulso de reloj, la salida Q será “1” en el siguiente pulso de reloj. Si D es “0” cuando llega un pulso de reloj la salida Q será “0” con el siguiente pulso de reloj. De acuerdo con esto si la entrada D cambia de estado en sincronismo con el reloj, la misma forma de onda de la entrada D aparecerá en Q un pulso después. D CP Q

Figura 11: Diagrama de tiempo del Flip Flop D. D.La manera de convertir un JK en un tipo D muestra en al figura 12.

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1

D

S

J

Q

CP K

R

Q

CP 1

Figura 12: Conversión de un F F KJ en un F- F tipo D. FLIP FLOP MAESTRO / ESCLAVO A.Los FLIP FLOP más usados y fáciles de manejar son los tipo JK. B.Los FLIP FLOP maestro/esclavo consisten en dos FLIP FLOP básicos conectados uno a continuación del otro, como se muestra en la figura 13. La primera etapa se llama FLIP FLOP maestro y la siguiente FLIP FLOP esclavo. Cuando el reloj va a “1” las entradas se almacenan en el maestro y cuando el reloj cambia a “0” el maestro se deshabilita y no puede cambiar de estado pero es el esclavo el que queda habilitado por el reloj produciéndose un desplazamiento del contenido del maestro hacia el esclavo. Master Flip Flop

slave Flip Flop

J

Q

Q

K CP

Figura 13: FLIP FLOP maestro/esclavo.

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33

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

CONTADORES DIGITALES INTRODUCCIÓN Los contadores son circuitos electrónicos digitales importantes. Son circuitos lógicos secuenciales porque la temporización es obviamente importante y porque necesitan una característica de memoria los contadores digitales tienen las siguientes características importantes: Un número máximo de cuentas (módulo m contador) Cuenta ascendente o descendente Operación síncrona o asíncrona Autónomos o de auto detención. Se dividen básicamente en dos categorías: contadores asíncronos y contadores síncronos. CONTADORES ASÍNCRONOS Se caracterizan por no tener entradas de reloj comunes. Solamente el primero de los FLIP FLOP recibe los pulsos de reloj, las otras entradas de los otros Flip FLOP serán funciones de las salidas de los demás. Contador de Pulsos La principal característica de un contador de pulsos es presentar en las salidas el código BCD en secuencia. Su circuito básico presenta un grupo de cuatro FLIP FLOP JK maestro/esclavo, los cuales presentan las entradas J igual a K igual a 1. La entrada de los pulsos se hace a través de la entrada de reloj del primer FLIP FLOP y las entradas de reloj de las siguientes se conectan a las salidas Q de los FLIP FLOP anteriores, tal como se muestra en el siguiente diagrama. Q0

Q1

Q2

Q3

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

Ck

FF3

K0

Q0

K1

Q1

K2

Q2

K3

Q3

1

Figura 1: Contador asíncrono. ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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Vamos a suponer que inicialmente todos los FLIP FLOP se encuentran con sus salidas iguales a cero. En cada bajada del pulso de reloj el FLIP FLOP cambiará de estado y ese cambio será aplicado a la entrada del segundo FLIP FLOP (F-F1), haciendo que cambie de estado en cada bajada del pulso de salida de Q0 y así sucesivamente. Vamos a analizar este comportamiento a través del gráfico siguiente:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

T

Ck 0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Q0

Q1

Q2

Q3

T

T

T

T

Figura 2: Diagrama de tiempo de un contador asíncrono. Con los resultados anteriores es posible escribir una tabla de verdad. Pulsos de Entrada

Salidas Q2

Q3 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º 13º 14º 16º 17º

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0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0

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Q1

Q0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0

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Si adoptamos Q3 como el bit más significativo, podemos percibir que el contador efectúa el conteo de los pulsos de entrada. Notamos también que después del 16 pulso de reloj el contador reiniciará el conteo. Analizando el gráfico notamos que el período de Q0 es el doble del período de reloj, luego la frecuencia de Q0 será la mitad de la frecuencia de reloj, f = 1/T. Analizando la salida Q1, veremos que su período es el doble de Q0 y el cuádruple del reloj, luego su frecuencia será la mitad de Q0y un cuarto de la frecuencia del pulso de reloj. Esto se extenderá a los demás FLIP FLOP´s. Es por esto que una de las aplicaciones de los contadores es la de dividir al frecuencia de una señal por números que sena potencias de dos (2 exp. N) donde n es el número de FLIP FLOP´s utilizados. Contador de Décadas asíncrono El contador de décadas es un circuito que efectúa un conteo en números binarios de 0 a 9, esto significa la secuencia del código BCD 8421 desde 0000 hasta 1001. Para construir este circuito utilizamos un contador de pulsos, con la diferencia que en este caso tenemos que usar FLIP FLOP´s en entradas de clear. Para que un contador cuente solamente de 0 a 9, cuando ocurra en los terminales de salida el estado Q3, Q2, Q1 y Q0 (1019), debemos aplicar un pulso a la entrada de los clear y así el contador luego del 10mo. , reiniciará el conteo. El circuito de un contador de década asíncrono es :

Q0

Entrada

Q1

Q2

Q3

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

Ck

FF3

K0

CLR

Q0

K1

CLR

Q1

K2

CLR

Q2

K3

CLR

Q3

1

Q3 Q 2 Q1 Q 0 CLR

Figura 3: Contador de década Asíncrono.

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36

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Tendremos entonces al siguiente tabla de verdad: Pulsos de Entrada 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12

Q3

Q2

Q1

Q0

Cir.

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

Tabla 02 Después de 10mo. Pulso de reloj el contador tiende a asumir el estado Q0 = 0, Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 1, por esto la entrada clear va a cero “limpiando” el contador, o sea haciendo que en este instante el contador asuma el valor cero (000) y de ahí el contador comenzará a contar de nuevo. Contador Secuencial de 0 a n Utilizando el mismo procedimiento anterior podemos hacer un contador que cuente desde cero hasta un número cualquiera. Para esto basta verificar cuales son las salidas del contador para el caso siguiente a n, colocamos estas salidas a una puerta NAND y la salida de esta puerta la conectamos al clear de los FLIP FLOP´s del contador. Por ejemplo podemos elaborar un circuito que cuente de 0 a 5. Para este caso será necesario considerar un estado después de 5 para “limpiar” los FLIP FLOP´s. O sea ( Q2 = 1,Q1 = 1 y Q0 = 0), tomando las salidas Q2 , Q1, Q0 y conectándolas a una puerta NAND, cuya salida la conectamos a los clear de los FLIP FLOP´s. Obtendremos la cuenta que nos interesa.

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37

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Q0

Entrada

Q1

Q2

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

K0

CLR

Q0

K1

CLR

Q1

K2

CLR

Q2

1

Q 2 Q1 Q 0 CLR

Figura 4: Contador de 0 a 5 Contador Asíncrono Decreciente Como se vio anteriormente los contadores se dividen en síncronos y asíncronos. Esa clasificación ha sido hecha de acuerdo con la operación del reloj del sistema. Los contadores también se pueden clasificar por el tipo de conteo que realizan, o sea si se ejecutan un conteo creciente o decreciente a esos contadores les damos el nombre de contadores crecientes y decrecientes respectivamente. Los contadores vistos hasta aquí son contadores crecientes, pues cuentan los números en forma progresiva de 0 hasta n. Vamos a estudiar ahora los contadores que efectúan conteos decrecientes. Para ello mostramos la siguiente tabla. Decimal

Código BCD 8421

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

I I I I I I I I 0 0 0 0 0 0 0 0

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I I I I 0 0 0 0 I I I I 0 0 0 0 38

I I 0 0 I I 0 0 I I 0 0 I I 0 0

I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 I 0 38

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

El circuito que efectúa el conteo decreciente es el mismo que realiza el conteo creciente, con la diferencia que las salidas son extraídas de los terminales negados es decir, siendo el terminal el bit mas significativo . Podemos notar por la tabla de verdad que el conteo decreciente no es mas que el complemento del conteo creciente. El circuito será: Q0

Entrada

Q1

Q3

Q2

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

Ck

FF3

K0

Q0

K1

Q1

K2

Q2

K3

Q3

1

Figura 5: Contador asíncrono decreciente Podemos también montar un contador decreciente inyectando a las entradas del reloj las salidas negadas como se muestra en el siguiente circuito:

Q0

Entrada

Q3

Q2

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

Ck

FF3

K0 1

Q1

Q0

K1

Q1

K2

Q2

K3

Q3

Figura 6: Contador Asíncrono decreciente.

Podemos estudiar el funcionamiento del circuito a través del siguiente gráfico.

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1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

T

Ck 1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

T

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

T

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

T

T

Q0

Q1

Q2

Q3

Figura 7: Diagrama de tiempo de un contador asíncrono decreciente. Q3 es el bit mas significativo. Debe recordar que el reloj de los Flip Flop 1, 2 y 3 son respectivamente : Q0´, Q1´, y Q 2´, luego Q1 , Q2 y Q3

Cambiarán de estado en las salidas de Q0 Q1 y Q2 respectivamente. Contador Asíncrono Creciente y Decreciente Podemos construir un contador que ejecute un conteo creciente y decreciente. Para eso utilizamos una variable de control que cuando este en uno el circuito ejecuta el conteo creciente y cuando esté en cero ejecuta el conteo decreciente. El circuito se muestra a continuación Q0

Entrada

Q1

Q2

Q3

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

Ck

FF0

Ck

FF1

Ck

FF2

Ck

FF3

K0

Q0

K1

Q1

K2

Q2

K3

Q3

1 x Control

Figura 8: Contador asíncrono creciente y decreciente Notamos que en le circuito anterior, cuando X está en uno, las salidas Q0´, Q1´, y Q 2´, estarán bloqueadas, haciendo como que entran las salidas Q0, Q1 y Q2 a las entradas del reloj de los

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40

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Flip Flop FF1, FF2 y FF3 respectivamente, esto hará que el contador cuente en forma creciente. Cuando el control X estuviera en cero la situación se invertirá y por consiguiente el contador contará en forma decreciente. Nótese que Q3 es el bit mas significativo. CONTADORES SÍNCRONOS Estos contadores que poseen las entradas de reloj cortocircuitadas, o sea el reloj entra a todos los Flip Flop en forma simultánea. Para que se hagan cambios de estado debemos estudiar el comportamiento de las entradas J y K de todos los Flip Flop para que tengamos en las salidas las secuencias deseadas. Para estudiar los contadores síncronos escribir siempre tablas de verdad, estudiando cuales deben ser las entradas J y K de los diferentes Flip Flop's para que estos asuman el estado siguiente. Para eso debemos recordar siempre la tabla de verdad del Flip Flop JK.

1 2 3 4

Qa

Qf

J

K

0 0 I I

0 I 0 I

0 I N N

N N I 0

Mantiene el estado fija en cero Fija encero Fija en uno Invierte el estado

Tabla 6 O sea que podemos escribir J 0 0 1 1

K 0 1 0 1

Qf Qa 0 1 Qa

Tabla 7 1.Si el Flip flop estuviera en cero (Qa = 0 ) y quisiéramos que el estado a ser asumido sea cero (Qf = 0 ), podemos entonces mantener el estado del Flip Flop (J = 0, K = >, Qf =Qa) como si fijaremos cero (J = 0, K = 1 = > Qf = 0), entonces J = 0 y K = para pasar deQa = 0 a Qf = 0.

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2. Si el Flip Flop estuviera en cero (Qa = 0) y quisiéramos que el estado a ser asumido sea un (Qf = 1) podemos entonces invertir el estado (J = 1, K = 1 = > Qf = ), como si fijáramos un (J = 1, K = 0 => Qf = 1) luego si J = 1 y K =N tendremos el paso de Qa = 0 Qa para Qf = 1. 3. Si el Flop Flop estuviera en uno (Qa = 1) y quisiéramos que cambie a cero (Qf = 0), podemos invertir el estado (J = 1, K = 1 = > Qf = ), o fijar en cero (J = 0, K = 1 = > Qf = 0), luego si J =N y K = 1 tendremos el paso de qa = 1 para Qf = 0. Qa 4. Cuando el Flip Flop estuviera en uno (Qa = 1) y quisiéramos que permanezca en uno (Qf = 1), podemos mantener el estado (J = 0, K = 0 => Qf = Qa, o fijar el uno (J = 1, K = 0 => Qf = 1 ), luego si J = 1 y K =N luego J = N y K = 0 tendremos el paso de Qa= 1 para Qf = 1. Contador asíncrono Generador de 4 secuencia de código BCD 8421 Para generar este código necesitamos de 4 Flip Flops JK maestro esclavo o sea, un Flip Flop para cada bit del código. Montando una tabla de verdad tenemos: BCD9821 Q3

Q2

Q1

Q0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1

Tabla 8 Esta tabla presenta la secuencia que los Flip Flop deben asumir mediante la presencia de los pulsos de reloj. Para ello se debe estudiar el comportamiento de las entradas JK. Supongamos que al accionar el contador este asume el valor inicial:

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Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 0

Este deberá después del primer pulso de reloj pasar al estado siguiente Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 I

Con la presencia del primer pulso de reloj tenemos: 1.Q3 que estaba en cero deberá pasar a cero, luego antes del primer pulso de reloj deberemos tener las siguientes entradas en este Flip Flop: J3 = 0 y K3 = (J = 0 y K = => Qa = 0 pasará Qf = 0). 2.Q2 es un caso análogo al de Q3, luego: J2 = 0 y K2 = N 3.Q1 igual. Luego J1 = 0 y K1 = N 4.Q0 que estaba en cero, después del primer pulso de reloj deberá cambiar a 1, luego antes del primer pulso de reloj debemos tener las siguientes entradas en este Flip Flop: J0 =1 y K0 = (=>Qa = 0 va para Q1 = 1). Bajada del ulsa del reloj

1er pulso

Q3 Q2 Q1 Q0 0 0

0 0

0 0

0 1

J3

K3

J2

K2

J1

K1

J0

K0

0

0

0

0

0

0

1

0

Figura 9 El contador estará ahora en el estado. Q3 0

Q2 0

Q1 0

Q0 1

Este deberá después del segundo pulso de reloj, pasar a: Q3 0

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

Q2 0

Q1 0

43

Q0 1

43

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Podemos entonces analizar las entradas J y K para este caso:

: Q3 que estaba en cero deberá permanecer en cero, luego, antes del segundo pulso de reloj deberemos tener las siguientes entradas en este Flip- Flop: J3 = 0 y K3 =N . : Q2 posee un caso análogo al de Q3. Luego: J2 = 0 y K2 = N. : Q1 estaba en cero y debe pasar a uno, luego antes del segundo pulso de reloj debemos tener la siguiente situación de entrada en el F- F1: J1 = 1 y K1 =N . : Q0 que estaba en uno debe pasar a acero, luego antes del segundo pulso de reloj debemos tener la siguiente situación de entrada en F- F0: J0 =N y K0 = 1. Podemos ahora escribir la segunda línea de la tabla de verdad:

Bajada del ulsa del reloj

1er pulso 2do pulso

Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0

0 0 0

0 0 1

0 1 0

J3

K3

J2

K2

J1

K1

J0

K0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 1

0 0

1 0

0 1

Figura 10 Para fijar mejor el procedimiento, vamos a analizar un cambio mas del contador, o sea, después de la bajada del tercer pulso de reloj se pasará del estado 2 al estado 3: Q3 0 0

Estado 2 Estado 3

Q2 0 0

Q1 1 1

Q0 0 1

La tabla de verdad hasta la tercera línea quedara así:

Bajada del ulsa del reloj

1er pulso 2do pulso

Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

J3

K3

J2

K2

J1

K1

J0

K0

0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 1 0

0 0 0

1 0 1

0 1 0

Tabla 11

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

44

44

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

La Tabla de verdad completa será entonces: Bajada del pulso de reloj 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º 13 14º 15º 16º

Q3 Q2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0

Q1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 N N N N N N N N N

J3 N N N N N N N N N 0 0 0 0 0 0 0 1

K3 J2 N N N N 0 0 0 1 N N N N 0 0 0 1 N

0 0 0 1 N N N N 0 0 0 1 N N N N N

K2 0 1 N N 0 1 N N 0 1 N N 0 1 N N N

J1 N N 0 1 N N 0 1 N N 0 1 N N 0 1 N

K1 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N N

J0 J0 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N 1 N

Tabla 9 Debemos colocar el estado cero después del estado 15, porque después del final del conteo el contador debe reiniciar el conteo. Podemos ahora obtener las expresiones de J3, K3, J2, K2, J1, K1, J0, K0, para ello utilizaremos los diagramas: J3

K3

Q1 0

0

0

0

0

0

1

0

Q1

















Q2

Q3

















Q2

Q3

0

0

1

0

0

0

0

0

Q0

Q0

K 3  Q2 . Q1 . Q0

J 3  Q2 . Q1 . Q0

J 3  K 3  Q2 .Q1 . Q0

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

45

45

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

J3

K3

Q1 0

0

0

0

0

0

1

0

Q1

















Q2

Q3

















Q2

Q3

0

0

1

0

0

0

0

0

Q0

Q0

J 3  Q2 . Q1 . Q0

K 3  Q2 . Q1 . Q0 J 3  K 3  Q2 .Q1 . Q0

J2

K2

Q1

Q1

0

0

1

0

















0

0

1

0









0

0

1

0

0

0

1

0









Q2

Q3

Q2

Q3

Q0

Q0

J 2  Q1 . Q0

K 2  Q1 . Q0 J 2  K 2  .Q1 . Q0

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

46

46

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

J1

K1

Q1

Q1

0

1









1

0

0

1





0

0

1

0

0

1





0

0

1

0

0

0









1

0

Q2

Q3

Q2

Q3

Q0

Q0

J1  Q0

K1  Q0 J1  K1  Q0

J0

K0

Q1

Q1

1





1



1

1



1





1



1

1



1





1



1

1



1





1



1

1



Q2

Q3

Q2

Q3

Q0

Q0

J0  1

J0  1 J 0  K 0 1

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

47

47

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

El circuito será entonces:

Q0

1

Q1

Q2

Q3

J0

Q0

J1

Q1

J2

Q2

J3

Q3

CK

FF 0

CK

FF 1

CK

FF 2

CK

FF 3

K0

Q0

K1

Q1

K2

Q2

K3

Q

3

CLK

Q0 . Q 1

Q0 . Q 1 . Q 2

Figura 12: Contador síncrono de 0 a 15 Contador de décadas (división por dos y división por cinco) QA

J

CPA

Q

QB

J

Q

QC

J

Q

QD

J

CP

CP

CP

CP

K

K

K

K

Q

CPBD

R0 (Reset a cero)

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

R9 (Reset a 9)

48

48

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

6 7

14

CP A

CP A

13

12

11

10

NC

Q0

Q3

GRD

RB

RB A NC

9

Q1

8

Q2

74LS85

CP BD

QD QC QB QA

3 4

CPBC 1

2

3

4

VCC

R9 A

R9 B

5

6

7

Figura 13: Diagrama lógico, símbolo y patillaje del CI 7490 AN Descripción 1.-El dispositivo es un circuito de décadas que consta de cuatro rangos duales de Flip Flop´s maestro auxiliar, interconectados directamente para proporcionar un contador divisor por dos y un contador divisor por cinco. Las entradas de conteo están inhibidas y todas las salidas puestas a cero lógico o una cuenta binaria codificada decimal (BCD) de 9 a través de líneas de reset directas con puerta. La salida del Flip Flop. A no está internamente conectada a las etapas siguientes, y por tanto el conteo puede separarse en estos modos independientes: 2.-Si se utiliza como contador de décadas binario codificado decimal, la entrada debe conectarse externamente a la salida QA. La entrada recibe la cuenta de entrada, obteniéndose una secuencia de conteo de acuerdo con la cuenta BCD para la aplicación decimal de complemento a nueve. 3.-Si se desea una cuenta de división por diez simétrica para sintetizadores de frecuencia u otras aplicaciones que requieran la división de una cuenta binaria por una potencia de diez la salida QD debe conectarse externamente a la entrada CPA. La cuenta de entrada se aplica entonces a la entrada CPBD obteniéndose una onda cuadrada dividida por diez en la salida Qa. 4.-Para funcionar como contador divisor por dos y divisor por cinco, no se requiere interconexión interna. El Flip`- Flop A se utiliza como elemento binario para la función divisor por dos. La entrada se utiliza para obtener una operación binaria de división por cinco en las salidas . En este modo los dos contadores operan independientemente, no obstante, todos los cuatro Flip Flops se ponen en reset simultáneamente.

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

49

49

ELECTRONICA DIGITAL II

Patillas

Carga

R2 R9 CPA CPBD QA, QB, QC, QD

Entradas de reset de cero Entrada de reset de nueve Entrada de reloj Entrada de reloj Salidas

I. U. L I. U. L 4. U. L 4. U. L I0. U. L.

1 carga unidad (U. L.) = 40A ALTO/ 1,6 mA BAJO. CONTADORES EN CIRCUITOS INTEGRADOS

CONTADOR CI 74192 El CI 74192 es un contador reversible BCD síncrono TTL. Un símbolo de bloques para el contador década cl 74192 se muestra en la figura 6 observar el uso de entradas duales de reloj (ck). Si se pulsa la entrada de reloj de cuenta ascendente, el contador cuenta en forma ascendente desde 0000 a 1001 (0 a 9 en decimal). Si se pulsa la entrada de reloj de cuenta descendente, el contador cuenta en forma descendente desde 1001 a 0000 (9 a 0 en decimal).

Figura 14.contador CI74192 La entrada de borrado asíncrono al contador 74192 de la figura 6 se activa por un nivel alto. Cuando se activa, la entrada de borrado pone en baja todas las salidas Q (0000). La entrada de borrado anula las demás entradas. El contador 74192 puede inicializarse con cualquier número, activando la entrada de carga de datos con un nivel bajo, de esta forma los datos de las entradas se transfieren asincrónicamente a la salida BCD . ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

50

50

ELECTRONICA DIGITAL IIPARTE II

La figura 14 muestra dos CI 74192, en cascada, para formar un contador ascendente que cuenta en BCD desde el 0000 1001 1001 (del 0 al 99 en decimal) observar que la salida de arrastre del contador ascendente de las unidades (1) está conectada directamente a la entrada de reloj de cuenta ascendente del contador ascendente de las decenas (10). Para un contador descendente en cascada (99 a 0 decimal), la salida de préstamo (borrow) del contador de unidades (1) está conectada directamente a la entrada de cuenta descendente del contador de decenas (10). La entrada de cuenta descendente del contador de unidades (1) se convierte en la entrada de reloj

Figura14 contador 74192 en cascada. EL CONTADOR 74193 La figura 15 muestra el símbolo lógico y la descripción de entrada y salida del contador 74193 este contador puede describirse como un contador ascendente y descendente prefijable MOD - 16 con conteo sincrónico, preiniciable asíncrona y reiniciación maestra asincrónica. Observemos la función de cada entrada y salida

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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51

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Nombres abreviados CPU

Descripción Entrada de reloj para conteo ascendente. (transición ascendente activa).

CPD

Entrada de reloj para conteo descendente. (transición ascendente activa).

MR

Entrada de la reiniciación maestra asíncrona. (activa en alto)

PL

Entrada de carga paralela asíncrona. (activa en bajo)

P0 - P3

Entrada de datos paralela.

Q0 - Q3

Entrada de los Flips Flops.

TCD

Salida del conteo descendente final. (préstamo) (activa en bajo)

TCU

Salida del conteo ascendente final. (acarreo) (activa en bajo) B) MR

PL

H L L L L

X L H H H

CPU CPD X X H L H

X X H H L

MODO Reinicio asíncrono Preinicio asíncrono Sin cambio Conteo ascendente Conteo descendente.

C)

Figura 15 Contador ascendente /descendente preiniciable 74193: a) símbolo lógico; b) descripción entrada/salida; c) tabla de selección de modos.

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

52

52

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Entradas de reloj CPU y CPD. El contador responderá a las TPP en una da las dos entradas de reloj. CPU es la entrada de reloj de conteo ascendente. Cuando se apliquen los pulsos a esta entrada, el contador se incrementará (contará hacia arriba) en cada TPP hasta llegar a un conteo máximo de 1111: entonces se recicla a 0000 y vuelve a comenzar CPDes la entrada de reloj de conteo descendente. Cuando se apliquen los pulsos a esta entrada el contador decrementará (contará hacia abajo) en cada TPP hasta llegar a un conteo de 0000, entonces se recicla a 1111 y vuelve a comenzar. De este modo se usará una entrada para contar en tanto que la otra esté inactiva (se convierte en ALTO). Reiniciación maestra (MR) Esta es una entrada asíncrona activa en ALTO que reinicia al contador en el estado 0000. MR es un reiniciador de cd (corriente directa), de manera que tendrá al contador en 0000 tanto que MR = 1. También eliminará todas las otras entradas. Entradas preiniciables.Los FF del contador pueden preiniciarse en los niveles lógicos presentes en las entradas de datos paralelas P3 - PQ pulsando momentáneamente la entrada de carga paralela de ALTO a BAJO. Esta es una preiniciación asíncrona que elimina la operación de conteo. No obstante, no tendrá efecto si la entrada MR se encuentra en su estado activo en ALTO. Salida de Conteo.El conteo regular siempre está presente en las salidas Q3 - QQ de los FF, donde QQ es el LSB y Q3 el MSB. Salidas finales de conteo.Estas salidas se utilizan cuando dos o mas unidades del 74193 se conectan como contador con etapas múltiples para producir un número MOD mayor. En el modo de conteo descendente, la salida del contador de orden inferior se conecta ala entrada CPD del siguiente contador de orden superior. En el modo de conteo descendente la salida TCD del contador de orden inferior se conecta a la entrada COD del siguiente contador de orden superior.

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

53

53

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

TCU es el conteo ascendente final (también llamado acarreo): Se genera en el 74193 utilizando la lógica que se muestra en la figura 15 (a). Evidentemente,TCU será BAJO sólo cuando el contador se encuentre en el estado 1111 y CPU sea BAJO. Así, TCU permanecerá en ALTO cuando el contador cuente hacia arriba de 0000 a 1110. En la siguiente TPP de CPU , el conteo pasa a 1111, pero TCU no pasa a BAJO sino hasta que CPU retorna a BAJO. La siguiente TPP en CPU recicla el contador a 0000 y también ocasiona que TCU retorne a ALTO. Esta TPP en TCU ocurre cuando el contador se recicla de 1111 a 0000 y se puede utilizar para cronometrar un segundo contador ascendente 74193 a su siguiente conteo superior. TCD es la salida del conteo descendente final (también llamado préstamo) . Se genera como se muestra en la figura 15 (b). Normalmente es ALTO y no pasa a BAJO sino hasta que el contador haya contado hacia abajo hasta el estado 0000 y sea BAJO. Cuando la siguiente TPP en CPD recicla el contador a 1111, ocasiona que TCD se puede usar para cronometrar un segundo contador descendente 74193 en su siguiente conteo inferior.

CP U

CP D

Q3 Q2

Q3 Q2

TCU

Q1

Q1

Q0

Q0

TC D

Figura 16: (a) Lógica en la Unidad 74193 para generar ; (b) lógica para generar Ejemplo 1 Consulte la figura (a), donde un 74193 se conecta como un contador ascendente. Las entradas de datos paralelos se conectan permanentemente como 1011 y las formas de ondas de entrada CPU,PL y MR se muestran en la figura 16 (b). Supóngase que el contador inicialmente se encuentra en el estado 0000 y determine las formas de onda de salida del contador. PL

CP U

1

0

1

1

+

TCU

74193 CP D

-

MR

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

Q3

Q2

54

Q1

Q0

54

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

(MSB)

CP U

0

PL

1

MR

0

Q3

0

Q2

0

Q1

0

Q0 TCU

0 1 t0 t1

t2

t3

t4

t5

t6 t7

t8

t9

t10

Figura: Ejemplo Solución: Inicialmente (en t0) los FF del contador son todos BAJOS. Esto ocasiona que sea ALTO. Justo antes del tiempo t1 la entrada se pulsa en BAJO. Esto carga de inmediato el contador con 1011 para producir Q3 = 1, Q2 = 0, Q1 = 1, y Q0 = 1. Al tiempo t1, la entrada CPU hace una TPP, pero el contador no puede responder a esto debido a que el todavía está activa en ese momento. a los tiempos t2, t3, t4, y t6 el contador se encuentra en el estado 1111, pero no pasa BAJO sino hasta que CPU pasa BAJO al tiempo t6. Cuando ocurre las siguientes TPP al tiempo t7, el contador se recicla a 0000 y retorna a ALTO. El contador contará hacia arriba en respuesta a las TPP en los tiempos t8 y t9. La TPP al tiempo t10 no tendrá efecto debido a que la MR para a ALTO antes de t10 y permanece activa en t10. Esto reiniciará todos los FF en 0 y elimina la señal CPU.

PL

CP U

1

0

1

1

1

+

TCU

74193 CP D

-

MR

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

Q3

55

Q2

Q1

Q0

55

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

CP D

0

PL

1

MR

0

Q3

0

Q2

0

Q1

0

Q0

0 1

TCD

t0 t1 t2

t3

t4

t5

t6 t7

t8

t9

t10

Figura : Ejemplo 2 Ejemplo 2 La figura 17 (a) muestra el 74193 alambrado como contador descendente. Las entradas de datos paralelos se conectan de modo permanente como 0111 y las formas de onda en CPD y PL se muestran en la figura 17 (b) . Suponga que el contador está inicialmente en el estado 0000 y determine las formas de onda de salida. Solución: Al tiempo t0, todas las salidas del FF son BAJAS y CPD es BAJA. Estas son las condiciones que producen TCD = 0. Antes de t1 la entrada PL se pulsa en BAJO. Esta prefija inmediatamente el contador en 0111 y por lo tanto, ocasiona que pase a ALTO. La TPP en CPD al tiempo t1, no tendrá efecto, ya que PL sigue estando activa. El contador responde a las TPP en t2 - t8 y cuanta hacia abajo hasta 0000 al tiempo t8 . no pasa a BAJO sino hasta t9, cuando CPD pasa a BAJO. Al t10 la TPP de CPD ocasiona que el contador se recicle a 111 y conduce también a de regreso al estado ALTO. Número MOD variable utilizando el 74193 Los contadores preiniciables pueden alambrarse fácilmente para diferentes número MOD sin tener que utilizar circuitos lógicos adicionales. Demostraremos estro para el 74193 utilizando el circuito de la figura 18 (a). Aquí, el 74193 se utiliza como contador descendente con sus entradas de carga paralelas permanentemente conectadas como 0101 (510). Nótese que la salida se vuelve a conectar a la entrada .

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

56

56

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Iniciaremos nuestro análisis suponiendo que el contador ha estado contando hacia abajo y que se encuentra en el estado 0101 al tiempo t0. Consúltese la figura 18 (b) para las formas de onda del contador. El contador decrementará (contará hacia abajo) en las TPP del CPD a los tiempos t1- t6. Al mismo tiempo t6 el contador se encuentra en el estado 0000. Cuando CPD pasa a BAJO al tiempo t6 , conduce a TC a BAJO. Esto activa de inmediato la entrada PL y preinicia el contador de regreso al estado 0101. Notar que TCD permanece en BAJO solo por un corto intervalo de tiempo, porque una vez que las salidas del contador pasan al estado 0101 como respuesta a PL = 0 la condición que se necesita para mantener a TC = 0 se elimina. De este modo, sólo existe una breve transición falsa en TCD . Esta misma secuencia se repite en los tiempos t7 - t12 en intervalos iguales. Si examinamos la forma de onda Q2 podemos observar que atraviesa un ciclo completo por cada cinco ciclos de CPD . Por ejemplo hay cinco ciclos de reloj entre la TPP de Q2 al tiempo t6 y la TPP de Q2 al mismo tiempo t11. De este modo, la frecuencia de la forma de onda en Q2 es 1/5 de la frecuencia de reloj. No es coincidencia que la razón de división de frecuencias (5) sea la misma que el número aplicado a las entradas de datos paralelas (0101 =5). De hecho, podemos variar la división de las frecuencias cambiando los niveles lógicos que se aplican a las entradas de datos paralelas. Un circuito divisor de frecuencias variables se puede implantar fácilmente conectando interruptores a las entradas de datos paralela del circuito de la figura 18. Los interruptores se pueden fijar a un valor igual a la razón de división de frecuencia deseada.

0

1

0

1

PL CP U

1

+

TCU

74193 CP D

-

MR

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

Q3

57

Q2

Q1

Q0

57

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

CP D

0

Q3

0 1

Q2 Q1

0 1

Q0 TCD

PL

1 t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6 t7

El contador se preinicia a 0101

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

58

t8

t9

t10

t11

t12

Se preinicia a 0101

58

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

TAREA 6 MONTAR REGISTROS DIGITALES

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

59

59

MR CP D5

D4

D

Q

D3

D

CP

Q

D

CP CLR

D2

Q

D

CP CLR

Q5

D1

Q

D

CP CLR

D0

CLR

Q4

Q

D

CP

Q3

CLR

Q2

Q

CP CLR

Q1

Q0

CP MR

02 03

01

D5

D4

D3

D2

D1

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

D0

Q0

$$$$$$ MATERIALES / INSTRUMENTOS

OPERACIONES

N° 01

$$

$$$$$$

Conectar y comparar el funcionamiento del registro SERIE / PARALELO. Conectar y comparar el funcionamiento del registro PARALELO / PARALELO. Conectar y comparar el funcionamiento del registro de desplazamiento.

01 01 06 01 06 01 01 01

Fuente de alimentacion Protoboard Resistores 150S Multimetro Led CI 74LS174 CI 74LS164 CI 74LS194

01

PZA. CANT.

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES MONTAR REGISTROS DIGITALES

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

60

MATERIAL

OBSERVACIONES

HT 06

REF. HOJA:

TIEMPO: ESCALA:

1/1

2005

60

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

OPERACION CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DEL REGISTRO PARALELO / PARALELO DESCRIPCIÓN En la figura se muestra el diagrama lógico para el 74ALS174 (también el 74HC174),el cual es un registro de seis bits que tiene entradas en palralelo D5 a D0 y salidas en paralelo Q5, a Q0. Los datos en paralelo se cargan en el registro en la

MR CP D5

D4

D

Q

D3

D

CP

Q

D

CP CLR

D2

Q

D

CP CLR

Q5

D1

Q

D

CP CLR

Q

D

CP CLR

Q4

D0

CP CLR

Q3

Q

Q2

CLR

Q1

Q0

(A)

CP MR

$$

$$$$$$ D5

D4

D3

D2

D1

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

D0

Q0

$$$$$$ (B)

TPP de la entrada de reloj CP. Se puede usar una entrada de restablecimiento maes tra MR para restablecer de forma asíncrona todos los flip-.flops del registro a 0. El símbolo lógico para el74HC174 se muestra en la figura(b). Este símbolo se emplea en diagramas de circuitos para representar la circuitería que se muestra en la figura (a). En general. el 74ALS174 se usa para la transferencia síncrona de datos en paralelo. donde los niveles lógicos presentes de las entradas D se transfieren a las salidas Q correspondientes cuando ocurre una TPP en la entrada de reloj CP.

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

61

61

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

OBSERVACION TPP = TRANSICIÓN CON PENDIENTE POSITIVA

TPP PROCESO DE OPERACIÓN PASO 1 : Identificar los terminales CI 74LS174 PASO 2 : Armar el circuito de la figura

CP

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

Q0

MR

15 0

s

15 0

s

15 0

s

15 0

s

150

s

150

s

PASO 3 : Dar valores lógicos a la entrada ( D5 - D0 ) y verificar la transferencia a la salida cuando ocurre un pulso en CP

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

OPERACION CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DEL REGISTRO SERIE / PARALELO DESCRIPCIÓN En la figura (a) se muestra un diagrama lógico para el 74ALSl64. Se trata de un registro de desplazamiento de ocho bits con entrada serial-salida en paralelo, con cada salida del FF accesible externamente. En lugar de una sola entrada serial y una compuerta AND, combina las entradas A y B para producir la entrada serial para el flip-flop Q0. La operación de desplazamiento se lIeva a cabo en las transiciones con pendiente positiva de la entrada de reloj CP. La entrada MR proporciona restablecimiento asíncrono de todos los flip-flops en un nivel BAJO. En la figura (a) se muestra el símbolo lógico para el 74ALSl64. Note que el símbolo & se usa dentro del bloque para indicar que las entradas A y B se operan con AND dentro del circuito integrado y el resultado se aplica a la entrada D de Q0.

A D

B

Q

D

CP

CP

Q

D

CP CLR

CLR

Q0

MR

Q

D

CP

Q

D

CP CLR

Q1

Q

D

CP CLR

CLR

Q3

Q2

Q

D

CP CLR

Q4

Q

D

CP CLR

Q5

Q

CP CLR

Q4

Q4

CP MR

$$$

Figura a

&

74ALS164

$ $$ $ $ $ $ $ Q0

Q1 Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

$ MR

Figura b

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

PROCESO DE OPERACIÓN PASO 1 : Identificar los terminales del CI 74LS164

CP MR

$$$

PASO2 : Armar el circuito mostrado.

&

MR

74ALS164

$ $$ $ $ $ $ $ Q0

Q3

Q1 Q2

Q4

Q5

Q6

Q7

PASO 3 : Poner el contenido inicial del registro a 00000000 PASO 4 : Determine la secuencia de estados a medida que se aplican pulsos de reloj PASO 5 : Verificar que se cumple la siguiente tabla. NUMERO DE PULSO DE ENTRADA 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 1

OBSERVACIÓN La secuencia correcta se proporciona en la figura anterior, Con A = B =1, la entrada serial es 1, de modo que los unos se desplazarán en cada TPP de CP, Como Q7, inicialmente está en 0. la entrada MR está inactiva. En el octavo pulso el registro trata de pasar al estado 11111111 cuando el 1 de Q6, se desplaza a Q7,. Este estado ocurre momentáneamente porque Q7, = 1 produce un estado en BAJO en MR, que inmediatamente restablece el registro de regreso a 00000000. luego la secuencia se repite en los siguientes ocho pulsos del reloj, ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO DEL REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO DESCRIPCIÓN Un registro de desplazamiento Universal permite el ingreso de datos en paralelo o en serie, y el desplazamiento de los bits almacenados a la derecha y a la Izquierda. Mediante la entradas de modo de trabajo, la entrada de reloj, entrada en serie izquierdo y entrada en serie derecha, entradas en paralelo, clear y las cuatro salidas, se realiza el control del funcionamiento del C.I. PROCESO DE OPERACIÓN PASO 1 : Identifique los terminales de CI 74LS194. PASO 2 : Arme el circuito mostrado en el protoboard.

PASO 3. Ingrese los datos al registro de desplazamiento universal por las entradas paralelo de acuerdo a lo siguiente:

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D

C

B

A

1

0

1

1

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

Para ello seleccione las entradas en paralelo D C B A con los valores indicado en la tabla, conecte M a 5 voltios, seleccione el modo de trabajo transferencia paralela con S 1 = 1 Y S0 = 0 y luego ingrese un pulso a CK. PASO 4 : Conecte un astable de 1 s a CK y seleccione el modo de trabajo desplazamiento a la Izquierda con S1 = 0 Y S0 = 1, y las entradas serie Izquierda y derecha conecte a 0, y verifique el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores.

ACCION / PULSO

QD

QC

QB

QA

PRESET 1 2 3 4

1 0 1 1 0

0 1 1 0 0

1 1 0 0 0

1 0 0 0 0

PASO 5 : Repetir el paso 3 para cargar de nuevo el dato. PASO 6 : Conecte un astable de 1s a CK y seleccione el modo de trabajo desplazamiento a la derecha con S1 = 1 Y S0 = 0, Y las entradas serie Izquierda y derecha conecte a 0, y verifique el funcionamiento del circuito y el cumplimiento de la tabla de valores. ACCION / PULSO

QD

QC

QB

QA

PRESET 1 2 3 4

1 0 0 0 0

0 1 0 0 0

1 0 1 0 0

1 1 0 1 0

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REGISTROS El uso más común de los multivibradores biestables es para el almacenamiento de datos o información. Los datos pueden representar valores numéricos (por ejemplo, números binarios, caracteres codificados en BCD). Estos datos generalmente se almacenan. En grupos de FF llamados registros.

Figura 12 La operación más frecuentemente realizada sobre los datos almacenados en un FF o registro es la operación de transferencia. Esta operación comprende la transferencia de datos de un FF o registro a otro. La figura 12 muestra una transferencia asincrónica, mientras que la figura 13 una transferencia sincrónica.

Figura 13 REGISTRO POR DESPLAZAMIENTO Un ejemplo típico de registro por desplazamiento podemos encontrarlo en una calculadora. Cuando por el teclado de ésta introducimos cada dígito, las cifras que aparecen en la pantalla se desplazan hacia la izquierda. En otras palabras, para introducir el número 268 hacernos lo siguiente. Primero, oprimimos y soltamos la tecla del 2; entonces aparece un 2 en la pantalla. Luego, oprimimos y soltamos la tecla del 6, con lo que en la pantalla aparece el número 26.,finalmente, oprimimos y soltamos la tecla del 8 y en la pantalla aparece el número 268. Este ejemplo muestra dos características muy importantes de los registros por desplaza miento:(1) son memorias temporales y (2) tienen características de memoria y desplazamiento como lo muestra la figura 14.

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figura 14.

figura 15

En la figura 15 se muestra un registro de desplazamiento construido con cuatro flip flops D. Este registro se llama registro por desplazamiento de 4 bits porque posee cuatro posiciones para almacenar datos: A, B, C y D. Ayudándonos de la tabla de figura16 y de la figura 15. Vamos a hacerlo funcionar. Primero, borremos (entrada CLR a 0) todas las salidas (A, B, C, y D) dejándolas a 0000. (esta situación se representa en la línea * 1 de 12 tabla l). Luego, ponemos a 1 las entradas de datos y la CLR (línea 2 de la tabla 8-1). Las salidas permanecen en 0000 mientras esperan un pulso de reloj. Entonces, al pulsar una vez la entrada CLK, en la salida aparecerá 1000 (líne23de la tabla -1)porque el uno de la entrada d de FF A se transfiere a la salida Q con el pulso de reloj. Ahora introduzcamos unos por la entrada de datos (pulsos de reloj 2 y 3 de la tabla 8-1); estos unos se desplazan hacia la derecha a través de los indicadores visuales. Seguidamente, introduzcamos ceros por la entrada de datos (pulsos de reloj 4 a 8 de 12 tabla l); estos ceros se verán desplazarse a través de los indicadores visualizadores (líneas 6 a lo de la tabla l). Con el pulso de reloj 9 (tabla 1) introducimos un uno por la entrada de datos. Con el pulso lo la entrada de datos vuelve a 0. Los pulsos 9 a 13 muestran al único uno que quedaba en los indicadores visuales desplazándose a través de éstos hacia la derecha. En la línea 15 el uno se desplaza al exterior por el extremo derecho del registro y se pierde.

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Recordemos que el flip flop d es un flip flop de retardo y que simplemente traslada los datos desde su entrada d a su salida Q tras una demora de un pulso de reloj. El circuito esquematizado en la figura 15 se conoce por el nombre de registro por desplazamiento de carga en serie. Expresión carga en serie procede de hecho de que solamente puede entrar en él un bit de información cada vez. Así, por ejemplo, para introducir 0111 tendríamos que atravesar la secuencia comprendida entre las líneas 1 a 6 de la tabla 1, que son cinco pasos ya que no se necesitaría la línea 2. Para introducir 0001 necesitaría cinco pasos, Como se ve en las líneas 10 a 14 de la tabla 1. Hay otro tipo de carga llamada en paralelo en la cual los bits de información se introducen todos a la serial de un pulso de reloj. El registro por desplazamiento de 12, figura15 podría convertirse en un registro de 5 bíts sin más que añadirle un flip flop d más. comúnmente, los registros por desplazamiento se ofrecen en tamaños de 4, 5 y 8 bits. También pueden construirse conectando entre sí otro flip flops, como RS y JK temporizados

Figura 16 Figura 17

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Entradas Numero de líneas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Salidas

Borrado

Datos

Numero de pulsos de reloj

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

FF a

FF b

FF c

FFd

A 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

B 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

C 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

D 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0

REGISTRO POR DESPLAZAMIENTO DE CARGA EN PARALELO El registro por desplazamiento de la sección anterior presenta dos inconvenientes permite la entrada de un sólo bít, de información cada vez y pierde todos los datos por la derecha, cuando se desplaza hacía la derecha. En la figura 17 se ilustra un sistema que permite cargar en paralelo cuatro bíts de una sola vez y que corresponden a las entradas de datos A. B, C y D de la figura15, este sistema podría incorporar además un dispositivo de que pusiera los datos de salida otra vez en la entrada de modo que no se perdieran, sé, observarán las líneas de reciclado que llevan desde las entradas Q y Q salidas del FF D de regreso a las entradas J y K de FF A, estas líneas de realimentación hacen que los datos que normalmente se perderían por FF D. Se reciclen a través del registro, IA entrada CLR borra las salidas dejándolas a 0000 cuando las habilita un 0 lógico, las entradas de datos en paralelo A, B, C, y D están conectadas a las entradas de presensibilización (PS) de los flip flop para poner otros en todas las posiciones de salida (A, B, C y D). Sí los conmutadores unidos a las entradas de datos en paralelo se encuentran incluso transitoriamente conmutados a cero, la entrada correspondiente se pondrá inicialmente a 1, los pulsos de reloj aplicados a las entradas CLK de los flip flops JK hacen que los datos se desplacen hacia la derecha y los datos procedentes de FF D se reciclen otra vez hacia FF A.

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Figura 18

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REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO UNIVERSAL Los fabricantes de circuitos integrados ofertan muchos registros de desplazamiento. El que se ha seleccionado es un registro de desplazamiento universal. El símbolo lógico, de bloques, para el registro de desplazamiento universal de 4 bits, TTL 74194, se muestra en la figura 18 este registro tiene 10 entradas y 4 salidas, conectadas a las salidas normales (Q) de cada flip-flop en el CI. Considerar las entradas al registro 74194 de la figura las entradas de carga en paralelo (A, B, C, D) son las cuatro entradas superiores, las dos siguientes introducen datos en el registro en forma serie (cada vez un bit). La entrada serie de desplazamiento a la derecha (DSR) introduce los bits por la posición a (Qt), cuando el registro se desplaza a la derecha. La entrada serie de desplazamiento a la izquierda (DSL) introduce los bits por la posición -D (QD), cuando el registro se desplaza a la izquierda. La entrada de reloj (CK) dispara los cuatro flip-flops en la transición l a 0 del pulso de reloj. Cuando se activa con un nivel bajo, la entrada de borrado (CLR) pone todos los flip-flops a 0. Los controles de modo indican al registro, a través de una red de puertas, que desplace a la derecha, a la izquierda, cargue en paralelo o no haga nada (mantenimiento). Por supuesto, el 74194, que es un CI TTL, tiene las conexiones de alimentación, + 5 V y GND. Habitualmente las conexiones de alimentación no se indican en el símbolo lógico. En la figura se muestra una t del funcionamiento de los modos de selección del registro de desplazamiento 74194. Los modos de operación m registro de desplazamiento aparecen en la sección izquierda de la tabla, éstos son reset, mantenimiento, desplazamiento a la izquierda, desplazamiento a la derecha y carga en paralelo. Considerar el modo reset (borrado) del registro de desplazamiento de la figura. Cuando la entrada CLR está baja (l), anula a las demás (que están marcadas con X en la Tabla) y pone las salidas a 0000 (llll en la tabla). Observar que las salidas están identificadas por Q0 en vez de por QA, QB, en vez de por Q1, etc. La forma de identificar las entradas y salidas varía de unos fabricantes a otros. Los cuatro modos restantes de operación de la figura están gobernados por los controles de modo (S0 y S1). Cuando ambos modos de control están en el nivel bajo (S0 = 0. S1, = 0), el registro de desplazamiento está en modo de mantenimiento y no hará nada, sin embargo, la tabla visualiza las salidas (Q0 a Q3).

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REGISTRO DE ESTADO TRIPLE En muchas computadoras modernas, especialmente las microcomputadoras, la transferencia de datos se lleva a cabo con un conjunto común de líneas de conexión llamada línea (bus) de datos (especie de colector). En estas computadoras organizadas por líneas, muchos dispositivos pueden tener sus salidas y entradas unidas a las líneas comunes de datos. Debido a esto, los dispositivos que están unidos a la línea de datos a menudo tendrán salidas con tres estados o bien, estarán unidas a la línea de datos a través de separadores (buffer) de estado triples Casi siempre, los dispositivos conectados a una línea de datos tendrán registros que contengan sus datos. Las salidas de estos registros tendrán circuitos de estado triple para permitir la recolección de datos. Hay muchos CI de registros que se disponen y que incluyen a los elementos de estado triple en el mismo circuito. El 74173 es un registro de 4 bits con el recurso de entrada y salida en paralelo. Nótese que las entradas de datos D0 - D3 se conectan a las entradas d de los FF m registro a través de los circuitos lógicos. Esta lógica admite dos modos de operación: (1) carga, donde los datos en las entradas D0 - D3 son transferidos a los FF en la TSP de la pulsación del cronómetro en CP; (2) contención, donde los datos del registro no cambian cuando ocurre la TSP de CP. Considerar la línea de desplazamiento a la izquierda. De la figura los dos controles de modo son adecuados (S0 = 0. S1 = l), y el dato se introduce por la entrada serie de desplazamiento a la izquierda (DSL)* observar que los 1 y 0, de la entrada serie de desplazamiento a la izquierda, son transferidos a la posición Q3 (D) cuando el registro se desplaza una posición a la izquierda. El desplazamiento tiene lugar en la transición l a h del pulso de reloj, como indica la flecha ascendente de la tabla. Observar la línea de desplazamiento a la derecha, de la figura los controles de modo están en set (S0 = 1, S1 = 0). Los datos se colocan en la entrada serie de desplazamiento a la derecha (DSR. En la transición l a 0 del pulso de reloj, el bit de la. Entrada D. Es transferido a la salida Q0 (a) cuando el registro se desplaza una posición a la derecha.

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RECOLECTOR DE DATOS La línea (bus) de datos es muy importante en los sistemas de computación, y su valor no se apreciarán sino hasta que estudiemos las memorias y los microprocesadores. Por ahora, ilustraremos el concepto de la línea de datos, para la transferencia de datos de un registro a otro. Ya que los tres registros tienen sus salidas interconectadas, es imperativo que sólo un registro tenga sus salidas activadas en tanto que las otras dos salidas.

Registro se encuentran en el estado z alto. En caso contrario, ocurrirá la -contención de la línea- (dos o más conjuntos de salidas en contraposición una con la otra) y posiblemente daños al circuito integrado (pastilla). Las entradas m registro correspondiente también están unidas a la misma línea de datos

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TAREA 7 MONTAR VOLTÍMETRO DIGITAL CON MEMORIA

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RAM 6116

RAM 6116

Visualizador

Visualizador

Decodificador/ excitador

Decodificador/ excitador

Decodificador/ excitador

Reloj Contador BCD

Contador BCD

Contador BCD

( MSD)

( MSD)

( MSD)

Convertidor de BCD a analógico F.S. = 9.99v $VAX Entrada Analógica VAT

02 03

01

"

COMP

VT = 0.1 mV

Q1

Q1

Q1

Q1

MATERIALES / INSTRUMENTOS

OPERACIONES

N° 01

"

+

Conectar y comprobar el funcionamiento de una Memoria Conectar y comprobar Circuito Conversor A/D Armar y probar el Voltimetro Digital

01 Fuente de alimentacion DC 01 EPROM 2764 01 Display Resistencias 01 Protoboard 01 Multimetro 01 Memoria 6116

01

PZA. CANT.

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES MONTAR VOLTIMETRO DIGITAL CON MEMORIA

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MATERIAL

OBSERVACIONES

HT 07

REF. HOJA:

TIEMPO: ESCALA:

1/1

2005

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OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMORIA RAM. DESCRIPCIÓN Identificar los terminales o pines del C.I. de memoria RAM, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Cada fabricante de C.I. asignan un código a sus integrados, los cuales tienen su reemplazo en el manual ECG, en la sección referencia cruzada. Se armará un circuito de prueba para grabar los bits de un pequeño texto en una Memoria RAM, en la cual la forma de la letra se seleccionará directamente en el Display. Luego de grabado los bits se procederá a la lectura del texto, para ello se reiniciará el recorrido de la memoria desde la dirección 0000 hasta la ultima posición grabada. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del MK6116MN-20 o HM6116L-70 O ECG 2128 de la memoria RAM a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección INTERFACE/ MPU ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MICROPROCESOR AND MEMORY CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2128 o el correspondiente a la memoria RAM a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del MK6116MN-20 equivalente al ECG 2128. o el de la memoria a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama adjunto.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

5º PASO:

A7

1

24

Vcc

A6

2

23

A8

A5

3

22

A9

A4

4

21

WE

A3

5

20

OE

A2

6

19

A10

A1

7 MK6116MN-20 18

CE

A0

8

17

I/O8

I/O1

9

16

I/O7

I/O2

10

15

I/O6

I/O3

11

14

I/O5

VSS

12

13

I/O4

HM6116L-70 O

O ECG 2128

Arme el circuito mostrado, en el PROTOBOARD.

CONTADOR DE 4 BITS

CK

A3 A2 A1 A0

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

SWITCH PARA ALMACENAR DATOS

WE 6º PASO:

Conecte a la entrada CK del contador el monoestable con ancho de pulso de 5 s.

7º PASO:

Ponga el contador en la dirección 0000, con el terminal CLR del contador. 79

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

8º PASO:

Conecte el Switch WE a tierra, para habilitar la escritura.

9º PASO:

Seleccione el dato a almacenar con los Switch de los segmentos de la A a la G. Con los siguientes datos 0100100 NOTA: 0: SWITCH cerrado a tierra. 1: SWITCH abierto.

10º PASO:

Pulse el monoestable para pasar a la dirección 0001.

11º PASO:

Seleccione el siguiente dato a almacenar 0110000.

12º PASO:

Pulse el monoestable para pasar a la dirección 0010.

13º PASO:

Complete el ingreso de los datos de la tabla, repitiendo a los pasos 11 y 12 para almacenar los nuevos datos en las direcciones siguientes.

DIRECCIONES A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 14º PASO:

A 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

B 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0

C 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0

SALIDAS D E 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1

F 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

G 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0

FORMA S E N A T I T E E S P E R A

Abra todos los Switch de almacenar datos.

15º PASO: Desconecte el Switch WE de tierra, para habilitar la lectura. 16º PASO: Limpie el contador para poner la dirección 0000 y verifique si se cumple la tabla de valores anterior, pulsando el monoestable para avanzar las direcciones y que la forma de las letras permitan leer el mensaje almacenado.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR FUNCIONAMIENTO DE UNA MEMORIA ROM. DESCRIPCIÓN Identificar los terminales o pines del C.I. de memoria ROM, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Cada fabricantes de C.I. asignan un código a sus integrados, los cuales tienen su reemplazo en el manual ECG, en la sección referencia cruzada. Se armará un circuito de prueba para la lectura de los bits de una Memoria EPROM, en la cual la forma de la letra nos indicara los datos almacenados en la memoria. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del MK2764 o M2764AFI o de la memoria ROM a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección INTERFACE/ MPU ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MICROPROCESOR AND MEMORY CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2764 o el correspondiente a la memoria ROM a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del MK2764 o equivalente al ECG 2764. o el de la memoria a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama adjunto. APP

1

28

Vcc

A12 A7

2

27

PMG

3

26

NC

A6

4

25

A8

A5

5

24

A9

A4

6

23

A11

A3

7

22

OE

A2

8

21

A10

20

CE

A1

9

A0

10

O0

11

EPROM

2764

19

O7

18

O6

O1

12

17

O5

O2

13

16

O4

VSS

14

15

O3

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL .

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

5º PASO:

Arme el circuito mostrado en PROTOBOARD.

CONTADOR DE 4 BITS

CK

A3 A2 A1 A0

150

150

150

150

150

6º PASO:

Conecte a la entrada CK del contador, el astable de periodo 5 s.

7º PASO:

Ponga el contador en la dirección 0000, con el terminal CLR del contador.

8º PASO:

Observe las formas que cada dirección presenta en el Display y elabore una la tabla de valores de cada una de las salidas, considerando las variables indicadas en el cuadro adjunto.

DIRECCIONES A3

A2

A1

SALIDAS A0

A

B

C

D

E

F

G

FORMA H

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL .

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN RECONOCER CIRCUITO CONVERSOR ANALOGICO DIGITAL- ADC. DESCRIPCIÓN

Identificar los terminales o pines del C.I. conversor A/D analógico digital, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Cada fabricante de C.I. asigna un código a sus integrados, los cuales tienen su reemplazo en el manual ECG, en la sección referencia cruzada. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del ADC 0804LCN o del ADC a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección LINEARS ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MISCELLANEOUS INTEGRATED CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2053 o el correspondiente al ADC a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del ADC-0804 o equivalente al ECG 2053 o el del ADC a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama adjunto. 1

20

Vcc(OR VREF)

RD

2

19

CLK R

WR

3

18

DB0 (LSB)

CLK IN

4

17

DB1

INTR

5

16

DB2

VIN +

6

15

DB3

VIN -

7

14

DB4

A GND

8

13

DB5

VREF/2

9

12

DB6

D GND

10

11

DB7(MSB)

ADC 0804

CS

83

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL .

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACION CONECTAR Y COMPROBAR CIRCUITO CONVERSOR A/D

DESCRIPCIÓN

Identificar los terminales o pines del C.I. convertidor Analógico Digital, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Se armara un circuito que ingrese un voltaje analógico variable a un convertidor analógico digital, que varia entre 0 voltios y 5 voltios; el valor analógico que ingresa generara en las salidas del ADC un valor digital equivalente que se visualizara en los 8 leds que representan a los 8 bits del valor binario de salida. El voltaje de entrada se obtiene de un divisor de tensión con un potenciómetro alimentado con 5 voltios.

PROCESO DE EJECUCIÓN:

1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del ADC 0804LCN o del ADC a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección LINEARS ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MISCELLANEOUS INTEGRATED CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2053 o el correspondiente al ADC a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del ADC-0804 o equivalente al ECG 2053 o el del ADC a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama del circuito integrado.

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5º PASO:

Arme el circuito mostrado, en el PROTOBOARD.

Vcc=5v

10k 10k 47k 10k

10k 1uF

150pF

470nF

6º PASO:

Conecte un Multimetro analógico entre el terminal 6 y tierra, para ver el voltaje analógico que ingresa al ADC.

7º PASO:

Varíe el voltaje de entrada al ADC girando el potenciómetro, desde 0 voltios hasta el voltaje máximo de 5 voltios.

8º PASO:

Llene la tabla de valores adjunta, para los valores de voltaje analógico de entrada y registre el valor de los bits del valor digital de salida por el ADC para cada una de las entradas.

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VOLTAJE ANALÓGICO VOLTAJE

SALIDA DIGITAL DEL CONVERTIDOR ADC D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

00.0V 0.1V 0.2V 0.3V 0.4V 0.50V 0.51V 0.52V 0.53V 0.54V 0.55V 0.56V 0.57V 0.58V 0.59V 0.60V 0.7V 0.8V 0.9V 1.0V 2.0V 3.0V 4.0V 5.0V

9º PASO:

Calcule el factor de proporcionalidad del ADC y verifique con la indicada en las características del componente.

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OPERACIÓN ARMAR Y PROBAR EL VOLTIMITRO DIGITAL CON MEMORIA DESCRIPCIÓN Un circuito voltímetro digital tiene como elemento principal a un conversor análogo digital, logrando que el valor analógico, sea convertido en un valor digital en código BCD, e internamente el IC decodifica este valor a 7 segmentos y lo presenta en sus salidas para ser conectadas directamente a un Display, el IC tiene salidas para tres dígitos decimales, pero solo utilizaremos dos decimales. Los Bits que entrega el convertidor ADC, se conectan en paralelo al display y a la memoria RAM, para dos dígitos se utilizan dos displays y dos memorias. Las puntas de prueba, un común o tierra y un activo, se conectan al voltaje a medir, que previamente calibrado con un Voltímetro digital, luego del ajuste, se debe leer un valor aproximado al valor real del voltaje de entrada. Para almacenar las lecturas del voltímetro se debe pulsar el monoestable para cambiar la dirección de la memoria y dejar el dato almacenado en la dirección anterior, y para leer, poner en la posición de lectura la memoria y desactivar el ADC, de modo que el Display muestre los datos almacenados en la memoria; el contador que es de cuatro bits puede seleccionar 16 posiciones de memoria, sin embargo se puede accesar a mas posiciones solo aumentando los bits del contador. Para desactivar el ADC, se puede utilizar switch en cada línea de salida del ADC al Display o utilizar un multiplexor de dual de ocho bits o un buffer de ocho bits en la salida del ADC, que ponga alta impedancia a la dichas salida. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, los terminales de los IC y otros componentes a utilizar.

2º PASO:

Arme en PROTOBOARD, el circuito mostrado en la página siguiente.

3º PASO:

Con un voltaje fijo conocido ajuste el voltímetro al valor correcto.

4º PASO:

Mida un voltaje de Prueba con un voltímetro digital y luego mida este voltaje en el Voltímetro armado en el protoboard, compare los valores y almacena en la memoria.

5º PASO:

Desactive el ADC y lea el valor almacenado en la memoria.

6º PASO:

Repita el paso 4 y 5 para un nuevo voltaje de prueba si los valores son aproximados, y si no repetir el desde el paso 3.

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MEMORIAS INTRODUCCIÓN Las memorias de semiconductor se utilizan como la memoria principal interna de una computadora (fig. 1) donde la rapidez en la operación es importante. La memoria interna de la computadora está en comunicación constante con la unidad central de procesamiento (CPU por sus siglas de inglés) mientras se está ejecutando un programa de instrucciones . El programa y cualquier información usada por este generalmente están almacenados en la memoria interna.

Computadora

Unidad Aritmética

Unidad de control

Memoria interna (semiconductor)

Procesador central CPU

Almacenamiento externo masivo (cinta, disco, MBM)

Figura 1: Un sistema de computación normalmente utiliza memoria interna de alta velocidad y memoria externa en masa más lenta. Aunque las memorias de semiconductor se adaptan bien a la memoria interna de alta velocidad, su costo por bit de almacenamiento prohibe su uso como dispositivos de almacenamiento masivo. Dicho concepto se refiere a la memoria que es externa a la computadora central (Fig. 1) y tiene la capacidad de almacenar millones de bits de datos sin energía eléctrica. Esta memoria secundaria normalmente es mucho más lenta que la interna y se utiliza para almacenar información (programas, datos, etc.) que no sean utilizados por la computadora. La información es transferida a la memoria interna cuando la computadora la necesita.

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OPERACIÓN GENERAL DE LA MEMORIA Todo sistema de memoria requiere varios tipos diferentes de líneas de entrada y salida para desempeñar las funciones siguientes: Seleccionar la dirección de la memoria a la que se quiera tener acceso para una operación de lectura o escritura. Seleccionar una operación de lectura o bien escritura para ser efectuada. Proporcionar los datos de entrada para ser almacenados en la memoria durante una operación de escritura. Retener los datos de salida que vienen de la memoria durante una operación de lectura. Habilitar (o deshabilitar) la memoria de manera que responde (o no) a las entradas de dirección y al comando de lectura/escritura. La figura 2(a) ilustra estas funciones básicas en un diagrama simplificado de una memoria de 32 x 4 que almacena 32 palabras de cuatro bits. Como el tamaño de palabra es cuatro bits, hay cuatro líneas de entrada de datos E0 - E3 y cuatro líneas de salida de datos S0 - S3. Durante una operación de escritura los datos que se almacenan en la memoria tienen que ser aplicados a las líneas de entrada de datos que almacenarán en la memoria tienen que ser aplicados a las líneas de entrada de datos. Durante una operación de lectura la palabra que es leída de la memoria figura en las líneas de salida de los datos. Entradas para direcciones Dado que esta memoria almacena 32 palabras, tiene 32 diferentes localidades de almacenamiento y, por consiguiente, 32 diferentes direcciones binarias que van desde 0000 hasta 1111 (desde 0 hasta 31 en decimal). En consecuencia, existen cinco entradas para direcciones, desde A0 hasta A4. Para tener acceso a una de las localidades de memoria, ya sea para leer su contenido o escribir en ella, es necesario enviar a través de las entradas de direcciones la dirección de cinco bits, que corresponde a la localidad de interés. En general se requieren de N direcciones de entrada para una memoria que tiene una capacidad de 2N palabras. Entradas de datos

E3 Entradas de direcciones

A4 A3 A2 A1 A0

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E1

E0

R /W

Comando de lectura /escritura

Memoria de 32 x 4 M.E. S3

figura 2 a.

E2

S2

S1

S0

Habilitación de memoria

Salidas de datos

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Celdas de memoria

Direcciones 0 1 1 1 0 0 . . .

1 0 1 0 0 0

1 0 1 0 0 0

0 1 1 0 1 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1

. .Figura 2 (b) Diagrama de una memoria de 32 x 4; disposición virtual de celdas de memoria en 32 palabras de cuatro bits. La memoria de la figura 2 (a) puede pensarse como un arreglo de 32 registros, donde cada uno de ellos retiene una palabra de cuatro bits, como se muestra en la figura 2 (b). En ella se muestra cada dirección como conteniendo cuatro celdas de memoria que retienen los unos y ceros que forman la palabra almacenada en dicha localidad. Por ejemplo, la palabra 0110 está almacenada en la dirección 00000, la palabra 1001 se encuentra en la dirección 00001 y así sucesivamente.

MEMORIAS SOLO DE LECTURA (ROM) Las memorias de solo lectura son un tipo de memoria de semiconductor que están diseñadas para retener datos que son permanentes o que no cambian con mucha frecuencia. Durante la operación normal no pueden escribirse nuevos datos en una ROM pero si puede leerse información de ella. Para algunas ROM los datos que están almacenados tienen que grabarse durante el proceso de fabricación, para otras ROM esto se puede hacer en forma eléctrica. El proceso de grabar datos se conoce como programación de la ROM. Algunas ROM no pueden alterar sus datos una vez que se hayan programado, otras pueden borrarse y reprogramarse con la frecuencia que se desee. Haremos un análisis detallado de los diversos tipos de ROM. Por ahora, supondremos que las ROM se han programado y que contienen información.

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Tipos de ROM Ahora que se tiene un conocimiento general de la arquitectura interna y operación externa de los dispositivos ROM, se observarán brevemente los diversos tipos de ROM para notar como difieren en la forma en que son programados y en su capacidad para ser borrados y reprogramados. ROM programado por mascarilla (MROM) Este tipo de ROM tienen sus localidades de almacenamiento escritas (programadas) por el fabricante según las especificaciones del cliente. Se utiliza un negativo fotográfico llamado mascarilla para controlar las conexiones eléctricas en el circuito. Se requiere una mascarilla especial para cada conjunto diferente de información para ser almacenada en la ROM. Ya que las mascarillas son costosas, este tipo de ROM es económico pero solo si se necesita una cantidad considerable de la misma ROM. Algunas ROM de este tipo se encuentran disponibles como dispositivos preprogramados tomados de una tabla o manual de información que comúnmente se utiliza, como fórmulas matemáticas y códigos generadores de caracteres para exhibiciones en tubo de rayos catódicos. (CTR). Una desventaja importante de este tipo de ROM es que no puede reprogramarse en el caso de un cambio de diseño que requiera una modificación del programa almacenado. La ROM tendría que ser reemplazada por una nueva con el programa deseado escrito en ella. Se han creado varios tipos de ROM programables por el usuario para superar esta desventaja. Sin embargo, la ROM programadas por mascarilla todavía representan el enfoque más económico cuando se necesita una cantidad considerable de ROM programadas idénticas. Es común referirse a los ROM programadas por mascarilla solo como ROM, pero esto puede ser confuso ya que el término ROM representa en realidad una categoría muy amplia de dispositivos en los que, durante su operación normal, solo se puede leer. Por tanto, se hará uso del mnemónico MROM cada vez que se haga referencia a una ROM programada por mascarilla.

El TMS47256 tiene un tiempo de acceso de 200 ns y una disipación de potencia en el estado de espera igual con 82.5 mW. La versión CMOS, el TMS47C256, tienen un tiempo de acceso de 150 ns y una disipación de potencia en el estado de espera de sólo 2.8 mW.

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Figura 3: Símbolo Lógico para la MROM TM47256 fabricada con tecnología NMOS/CMOS. ROM programables (PROM) Una ROM programable por mascarilla es muy costosa y no se utilizará excepto en aplicaciones de grandes volúmenes, donde el costo sería repartido sobre muchas unidades. Para las aplicaciones de bajo volumen, los fabricantes han creado PROM con conexión fusible, que no se programa durante el proceso de manufacturación sino que son programadas por el usuario. Sin embargo, una vez programada una PROM se parece a una MROM en que no puede borrarse o reprogramarse. Por lo tanto, si el programa en la PROM es erróneo o tiene que ser cambiado, la PROM tiene que ser desechada. Es por esta razón que a menudo se hace referencia a estos dispositivos como ROM “programable de una sola vez”.

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Renglón 0

+V CC

+VCC

Conexión fusible Q1

Q0

Figura 4: Las PROM utilizan conexiones fusibles que pueden ser quemadas de manera selectiva por el usuario para programar un 0 lógico en la celda. La estructura de la PROM con conexión fusible es muy semejante a la MROM en cuanto que ciertas conexiones queden intactas o bien solo abiertas a fin de programar una celda de la memoria como 1 o un 0 . En la MROM de la figura 8 estas conexiones se hacen de las líneas de habilitación a las bases de transistores. En una PROM cada una de estas conexiones se hace con una pequeña conexión fusible que viene intacta del fabricante (Véase figura 4). El usuario puede fundir selectivamente cualquiera de estas conexiones fusibles para producir en la memora los datos almacenados que se desean. Comúnmente esto se lleva a cabo aplicando con mucha precaución un voltaje controlado al dispositivo para producir un flujo de corriente que ocasionará que la conexión fusible se abra en forma semejante a cuando se funde un fusible. Una vez que se funde una conexión fusible, ya no puede volver a conectarse. Un CI PROM muy popular es el 74186 el cual está organizado como 64 palabras de ocho bits y tiene un tiempo de acceso típico de 50 ns. Otro CI PROM es el TBP28S166, que es un CI de 2K x 8. Las PROM MOS se encuentran en el mercado con capacidades de almacenamiento mucho mayores que las de los dispositivos bipolares. El TMS27PC256 es una PROM . CMOS que tiene la capacidad de 32 K x 8 y una disipación de potencia en el estado de espera de solo 1.4 mW. Se encuentra en el mercado con tiempos de acceso que van desde 120 hasta 250 ns.

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ROM programable y borrable (EPROM) Una EPROM puede ser programada por el usuario y también puede borrarse y reprogramarse tantas veces como se desee. Una vez programada, al EPROM es una memoria no volátil que contendrá sus datos almacenados indefinidamente. El proceso para programar una EPROM implica la aplicación de niveles de voltaje especiales (comúnmente en el orden de 10 a 25V) a las entradas adecuadas del circuito en una cantidad de tiempo especificada (por lo general 50 ns por localidad de dirección). El proceso de programación usualmente es efectuado por un circuito especial de programación que está separado del circuito en el cual la EPROM trabajará por último. El proceso de programación completo puede llevar varios minutos para una EPROM. En una EPROM las celdas de almacenamiento son transistores MOSFET que tienen una compuerta de silicio sin ninguna conexión eléctrica (es decir, una compuerta flotante). En su estado normal, cada transistor, está apagado y cada celda guarda un 1 lógico. El transistor puede encenderse mediante la aplicación de un pulso de programación de alto voltaje, el cual inyecta electrones de alta energía en la región formada por la compuerta flotante. Estos electrones permanecen en esta región una vez que ha finalizado el pulso ya que no existe ninguna trayectoria de descarga. Esto mantiene al transistor encendido de manera permanente, aún cuando se retire la potencia de alimentación del dispositivo con esto la celda guarda ahora un 0 lógico. Durante el proceso de programación de emplean los terminales de direcciones de la EPROM para seleccionar las celdas de memoria que son programadas con ceros y unos. Una vez que se ha programado una celda de la EPROM, se puede borrar su contenido exponiendo la EPROM a la luz ultravioleta (UV), la cual a través de la ventana que se encuentra sobre el encapsulado del circuito(Ver figura 6). La luz UV produce una fotocorriente que va desde la compuerta flotante hacia el sustrato de silicio, con esto se apaga el transistor y se lleva de nuevo a la celda hacia el estado 1 lógico. El proceso de borrado requiere entre 15 y 30 minutos de exposición a los rayos UV. Desafortunadamente no existe ninguna forma de borrar solo algunas celdas, la luz UV borra todas las celdas al mismo tiempo, por lo que una EPROM borrada almacena solo unos lógicos. Una vez borrada la EPROM puede volverse a programar. Las EPROM de encuentran disponibles en el mercado en una amplia gama de capacidades de 128k x 8 tiempos de acceso, es común encontrar dispositivos con una capacidad de 128 k x 8 y un tiempo de acceso de 45 ns. Para ilustrar la operación de una EPROM, se hará uso de una 2732 . la 2732 es una EPROM NMOS de 4k x 8 que funciona con una sola fuente de alimentación de + 5V. La figura 5 es el símbolo de bloque para la 2732. Note que el símbolo muestra 12 entradas para direcciones ya que 12 2 = 4096, y 8 salidas para datos.

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La memoria tiene dos entradas de control CE es la entrada de habilitación del circuito y que también sirve para colocarlo en modo de espera, donde disminuye el consumo de energía. La entrada OE NPP tiene una doble función que depende del modo de operación del dispositivo. OE es la entrada que habilita las salidas y se emplea para controlar los buffers de salida de datos, lo que permite que el dispositivo pueda conectarse al canal de datos de un microprocesador sin contienda por el canal VPP en el voltaje especial de programación requerido durante el proceso de programación. La 2732 tiene varios modos de programación que están controlados por los voltajes aplicados en las terminales CE , OE mismos que se presentan en la figura 5 (a). El modo de lectura y el de deshabilitación de salidas son los modos normales de una operación para una EPROM cuando esta forma parte del sistema de memoria interna de una computadora y el CPU lee su contenido con bastante frecuencia. Para estos modos la entrada CE permanece en sus estado activo en BAJO, mientras que el nivel aplicado en OE es el que determina si las terminales de salida del dispositivo contienen datos o son deshabilitadas. Modo

Entrada CE Vpp

Salidas D0 a D 7

Leer/verificar Deshabilitar salida Espera Programa

VIL VIL VIH VIL

DATOSAl Alta Z Alta Z DATOENT

VIL VIH X Vpp

Nota: VIL = TTL Bajo VIH = TTL Alto X = no importa Vpp = 21V nominales Figura 5 (a)

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A11 A10

ROM 4K x 8

D7 D6

Entradas de direcciones

D5 A1

2732

A0

D4 D3

Salidas de datos

D2

Entradas de control

OE / Vpp

D1

OE

D0

Figura 5 (b) símbolo lógico

Ventana para borrado ultravioleta

figura 6 Encapsulado común para la EPROM que muestra la ventana para luz ultravioleta. ROM Programable eléctricamente borrable (EEPROM) Como se observó antes, las EPROM tienen dos desventajas importantes. Primero, tienen que ser retiradas de sus bases a fin de ser borradas y reprogramadas. Segundo, el borrado retira todo el contenido de la memoria; esto requiere una reprogramación completa aun cuando solo tenga que alterarse una palabra de la memoria. La PROM eléctricamente borrable (EEPROM) se inventó alrededor del año 1980 como una mejora a la EPROM.

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La EEPROM aprovecha la misma estructura de compuerta flotante de la EPROM. Agrega la característica de borrado eléctrico a través de la adición de una delgada región de óxido arriba del drenaje de la celda de memoria MOSFET. Aplicando un voltaje ALTO entre la compuerta y el consumo del MOSFET puede incluirse una carga en la compuerta flotante, donde permanecerá aun cuando suspenda el suministro de energía. La inversión del mismo voltaje produce una eliminación de las caras capturadas de la compuerta flotante y borra la celda. Ya que este mecanismo de transporte de cargas requiere corrientes muy bajas, la programación y el borrado de una EEPROM puede hacerse por lo general en el circuito (es decir, sin una fuente de luz UV y unidad programadora de PROM). Una ventaja importante ofrecida por las EEPROM sobre la EPROM es la capacidad de borrar y reprogramar eléctricamente palabras individuales en el arreglo de la memoria. Otra ventaja es que una EEPROM completa puede borrarse en cerca de 10 ns (en circuito) versus cerca de 30 minutos de una EPROM en luz UV externa. Una EEPROM también puede ser programada con mayor rapidez, requiere solo un pulso de programación de 10 ns por cada palabra de datos, en comparación con 50 ns de una EPROM. Debido a que la EEPROM puede borrarse y reprogramarse aplicando voltajes adecuados, no necesitamos retirarla del circuito del cual forma parte, siempre que los componentes de soporte adicionales también sean parte de la circuitería. La circuitería de soporte incluye el voltaje de programación de 21 V (VPP) que generalmente se genera a partir de la fuente +5V a través de un convertidor DC a DC y circuitería para controlar la temporización y secuenciación de 10 ns de las operaciones de borrado y programación. La Intel 2816 fue la EEPROM original, fue introducida en el mercado Intel Corporation en 1981 con una capacidad de 2k x 8, tiempo de acceso de 250 ns y las características ya descritas con anterioridad. Desde entonces, los avances en el diseño de EEPROM han dado como resultado muchas mejoras. La 2864 es una EEPROM de 8 K x 8 que contiene sobre el sustrato de silicio circuitería que es capaz de generar los altos voltajes necesarios para las operaciones de borrado y programación, de este modo, el CI requiere solo de una terminal de alimentación + Vcc. Esta característica hace que la 2864 sea tan fácil de utilizar como los dispositivos RWM estáticos que se verán más adelante de manera breve.

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Claro está a diferencia de la RWM estática, la EEPROM es no volátil mantendrá todos los datos escritos en ella aun después de apagado el voltaje de alimentación. Por otro lado, la RWM estática tiene una circuitería interna menos compleja y tiempos de acceso mucho menores. A12

EEPROM 8K x 8

A11

I/O7 I/O6

Entradas de direcciones

I/O5 A1

2864

A0

I/O4

Datos

I/O3 I/O2

Entradas de control

OE

I/O1

CE

I/O0

WE

(A) Modo

Lectura Escritura Espera

Entrada CE DE

Vpp

Salidas D0 a D 7

VIL VIL VIH

VIH VIL X

DATOSAl DATOENT Alta Z

VIL VIH X (B)

Figura 7 (a) Símbolo para la EEPROM 2864; (b) modos de operación. La figura 7 muestra el símbolo para la EEPROM 2864 junto con sus modos, de operación mas importantes. Note que los terminales de entrada de datos del dispositivo están marcadas como terminales de E/S, ya que pueden funcionar como entradas o salidas de datos de acuerdo con el modo de operación. Tres entradas de control determinan el modo de operación.OE se emplea para habilitar o deshabilitar el circuito, cuando está deshabilitado, el circuito se encuentra en el modo de espera de bajo consumo de potencia, se emplea para habilitar y deshabilitar los buffers de salida de datos. Durante una operación de lectura,OE = 0 con lo que se habilitan los buffers de salida, durante la operación de escritura, OE = 1 y esto habilita los buffers de salida para que los datos de entrada puedan aplicarse en los terminales E/S. selecciona el modo ya sea este de escritura o de lectura. En el modo de escritura se aplica el pulso hacia el nivel BAJO en WE mientras los datos que se desean escribir se colocan en los terminales de E/S. La circuitería interna borra de manera

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automática las celdas correspondientes en la localidad de memoria antes de escribir los nuevos datos. .Aplicaciones de las ROM Las ROM pueden utilizarse en cualquier aplicación que requiera almacenamiento de datos no volátil, donde los datos rara vez o nunca tengan que ser alterados. Describiremos brevemente algunas de las áreas de aplicación mas comunes. Almacenamiento de programas (firmware) En la actualidad, ésta es la aplicación más ampliamente utilizada de las ROM. Las microcomputadoras personales y de empresas usan ROM para almacenar sus programas de sistema operativo y sus intérpretes de lenguajes (es decir, BASIC), de manera que la computadora pueda utilizarse inmediatamente después de encenderse. Los productos que tienen una microcomputadora para controlar su operación utilizan ROM para almacenar programas de control, alguno ejemplos de estos productos son los juegos electrónicos, las cajas registradoras electrónicas, las balanzas electrónicas e inyección de combustible en automóviles controlada por microcomputadora. Los programas de microcomputadora que se almacenan en ROM, se conocen como programación en firme (firmware) ya que no están sujetos a cambios, los programas que se almacenan en RWM reciben el nombre de programación blanda (software) puesto que pueden ser fácilmente alterados. Memoria de arranque muchas microcomputadoras y la mayor parte de las computadoras grandes, no guardan sus programas de sistema operativo en ROM. En lugar de ello, dichos programas están guardados en memoria externa, por lo general en disco magnético. Entonces, ¿Cómo saben las computadoras que hacer cuando se les enciende?. En la ROM se guarda un pequeño programa denominado programa de arranque. Cuando se enciende la computadora está ejecuta instrucciones que se encuentran en el programa de arranque. Por lo general, estas instrucciones hacen que el CPU inicialice la circuitería (hardware) del sistema. Hecho esto el programa de arranque carga los programas del sistema operativo y está lista para dar respuesta a los mandatos del usuario. Este proceso de inicio recibe con frecuencia el nombre de “arranque del sistema”. Tabla de datos Las ROM se usan para almacenar tablas de datos que no varían. Algunos ejemplos de estas son las tablas trigonométricas (es decir, seno, coseno, etc.) y tablas de conversión de códigos.

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Se dispone de varias tablas de “búsqueda” en ROM estándar con las funciones trigonométricas. Una de ellas, la National Semiconductor MM4220BM, almacena la función seno para ángulos entre 0 y 90 grados. La ROM se organiza como una memoria de 128 x 8, con siete entradas de dirección y ocho salidas de datos. Las entradas de dirección representan el ángulo en el incremento de aproximadamente 0.7º. Por ejemplo, la dirección 0000000 es 0º, la dirección 0000001 es 0.7º, la dirección 0000010 es 1.41º y así sucesivamente hasta llegar a la dirección 1111111, que es 89.3º. Cuando una dirección se aplica a la ROM, las salidas de datos representarán el valor aproximado del seno del ángulo. Por ejemplo, con la entrada de dirección 100000 (que representa aproximadamente 45º), las salidas de datos serán 10110101. Como el seno es menor que o igual a 1, estos datos se interpretan como una fracción, esto es, 10110101, el cual, cuando se convierte a decimal es igual a 707 (seno de 45º). Convertidor de Datos ,El circuito convertidor de datos toma un dato expresado en cierto código y produce como salida el mismo dato pero en otro código. Por ejemplo, la conversión de código se necesita cuando una computadora saca datos en código binario directo y se desea convertirlo en BCD a fin de exhibirlo en exhibiciones LED de 7 segmentos. Uno de los métodos mas simples de conversión de código utiliza una ROM programada, de manera que la aplicación de cierta dirección (el código anterior) produzca una salida de datos que represente el equivalente en el nuevo código. La 74185 es una ROM TTL que almacena la conversión de código binario en BCD para una entrada binaria de 6 bits. Para ilustrar estro, una entrada de dirección de 100110 (38 decimal) producirá una salida de datos de 00111000, que es el código BCD del decimal 38. RAM DE SEMICONDUCTOR Recordemos que el término RAM significa memoria con acceso aleatorio, lo cual quiere decir que se puede tener acceso fácilmente a cualquier localidad de dirección de memoria. Muchos tipos de memoria se pueden clasificar como de acceso aleatorio, pero cuando el término RAM se utiliza con memorias de semiconductor, generalmente se considera que significa ,memoria de lectura y escritura (RW/M) en contraste con la ROM. Ya que es una práctica común usar el término RAM para referirnos al RWM de semiconductor, lo utilizaremos de aquí en adelante.

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Las RAM se emplean en las computadoras como medios de almacenamiento temporal para programas y datos. El contenido de muchas de las localidades de dirección de la RAM será leído y escrito a medida que la computadora ejecuta para una operación. Esto requiere que la RAM tenga ciclos de escritura y lectura rápidos para que no reduzca la velocidad de operación de la computadora. Una gran desventaja de las RAM es que son volátiles o pierden toda la información contenida en ellas si se interrumpe el suministro de potencia. Sin embargo, algunas RAM CMOS emplean una cantidad tan pequeña de potencia en el modo de espera (ninguna tarea de escritura o lectura), que se pueden alimentar con baterías cada vez que se interrumpe la fuente de alimentación principal. Por supuesto la ventaja principal de las RAM es que se puede escribir en ella y también se puede leer de ella muy rápidamente con la misma facilidad. La siguiente explicación que se hace de la RAM tomará algo del material que se vio en el estudio de la ROM, ya que muchos de los conceptos básicos son comunes a ambos tipos de memoria. Arquitectura de la RAM Como sucede con la ROM, es útil pensar que la RAM consta de varios registros, cada uno de los cuales almacena una sola palabra de datos con una dirección única. Las RAM comúnmente vienen con capacidades de palabras de 1k, 4k, 8k, 16k, 32k, 64k, 128k, 256k, y tamaños de palabra de uno, cuatro y ocho bits. Como se observará mas adelante, la capacidad de palabras y el tamaño de estas pueden extenderse combinando circuitos integrados de memoria. La figura 8 muestra la arquitectura simplificada de una RAM que almacena 64 palabras de cuatro bits cada una (es decir, una memoria de 64 x 4). Estas palabras tienen direcciones que van de 0 a 63. A fin de seleccionar una de las 64 localidades de dirección para leer o escribir, se aplica un código de dirección binario a un circuito decodificador. Ya que 64 = 26, el decodificador requiere un código de entrada de seis bits. Cada código de dirección activa una determinada salida del decodificador la cual, a su vez, habilita su registro correspondiente. Por ejemplo, suponga un código de dirección aplicado de: A5, A4, A3, A2, A1, A0 = 011010.

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Figura 13: Organización interna de una RAM de 64 x 4 Como 0110102= 26 la salida del decodificador 26 pasará a estado alto, selecciona el registro 26 para una operación de lectura o bien de escritura. Operación de Lectura El código de dirección selecciona un registro del circuito de memoria para leer o escribir. A fin de leer el contenido del registro seleccionado, la entrada Lectura/Escritura (R / W )debe ser 1. Además, la entrada CS (Selección de CI) debe ser activada (un 1 en este caso). La combinación de R/ W = 1 y CS = 1 habilita los buffers de salida de manera que el contenido del registro seleccionado aparecerá en las cuatro salidas de datos R/W = 1 también deshabilita los buffers de entrada de manera las entradas de datos no afecten la memoria durante la operación de lectura.

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Operación de escritura Para escribir una nueva palabra de cuatro bits en el registro seleccionado se requiere que . Esta combinación habilita los buffers de entrada de manera que la palabra de cuatro bits aplicada a las entradas de datos se cargará en el registro seleccionado R / W = 0 también deshabilita los buffers de salida que son de tres estados, de manera que las salidas de datos se encuentren en estado Alta - z durante una operación de escritura. La operación de escritura, desde luego, destruye la palabra que estaba almacenadas antes en la dirección.. Selección de CI Muchos circuitos de memoria tienen una o mas entradas CS que se usan para habilitar o deshabilitar al circuito en su totalidad. En el modo deshabilitado todas las entradas y salidas de datos se deshabilitan (Alta Z) de manera que cuando se combinen CI de memoria para obtener mayor memoria. Note que muchos fabricantes llaman a estas entradas CE (Habilitación de circuito). Cuando las entradas CS o CE se encuentran en su estado activo, se dice que el CI de memoria ha sido seleccionado, de otro modo se dice que no está seleccionado. Muchos CI de memoria están diseñados para consumir una potencia mucho menor cuando no están seleccionados. En sistemas de memoria grandes, para una operación dada de memoria serán seleccionados uno o más CI de memoria mientras que los demás no. Se abundará en esto más adelante. Terminales comunes de entrada/salida A fin de conservar terminales en un encapsulado de CI, los fabricantes a menudo combinan las funciones de entrada y salida de datos utilizando terminales comunes de entrada/ salida. La entrada controla la función de estas terminales E/S. Durante una operación de lectura, las terminales E/S actúan como salidas de datos que reproducen el contenido de la localidad de dirección seleccionada. Durante una operación de escritura, las terminales E/S actúan como entradas de datos. Podemos observar por que se hace esto considerando el CI de la figura 8. Con terminales de entrada y salida aparte, se requiere un total de 18 terminales (incluyendo tierra y fuente de potencia). Con cuatro terminales comunes E/S sólo se necesitan 14 terminales. El ahorro en el uso de terminales se hace aún mas significativo en CI con tamaño de palabra mayor.

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RAM Estática (SRAM) La operación de la RAM que se ha venido analizando hasta ahora se aplica a una RAM estática (aquella que pude almacenar datos mientras se aplica energía al circuito). Las celdas de la memoria RAM estática son en esencia flip flops que permanecerán en un estado determinado (almacenaran un bit) indefinidamente, siempre y cuando no se interrumpa el suministro de energía al circuito, mas adelante, describiremos las RAM dinámicas, que almacenan datos como cargas en capacitores. Con la RAM dinámica los datos almacenados desaparecerán gradualmente debido a la descarga del capacitor, de manera que se necesitan refrescar en forma periódica los datos ( o sea, recargar los capacitores). Las RAM estáticas (SRAM) se encuentran disponibles en tecnologías bipolar y MOS, aunque la vasta mayoría de las aplicaciones hacen uso de RAM NMOS o bien CMOS. Por ejemplo en una aplicación real, el CPU lee a menudo palabras sucesivas de datos, una después de la otra. Si la memoria tiene un tRC de 50 ns, el CPU puede leer una palabra cada 50 ns, es decir 20 millones de palabras por segundo (20 mhz). Circuito SRAM Un ejemplo de un CI SRAM es la CMOS 6264 que es una memoria de 8k x 8 con ciclos de lectura y escritura de 100 ns y un consumo de potencia de solo 0.1 mW en el estado de espera. En la figura 17 se muestra el símbolo lógico correspondiente a la 6264. Note que el circuito tiene 13 entradas para direcciones, dado que 213 = 8192 = 8K, y ocho líneas de E/S para datos. Las cuatro entradas de controles determinan el modo de operación del circuito de acuerdo con la tabla que también aparece en la figura. La entrada WE es igual a la entrada R / W que se ah utilizado hasta este momento. Un nivel bajo en la entrada de WE hará que se escriban los datos en la RAM siempre y cuando el circuito haya sido seleccionado, las dos entradas de selección del CI deben encontrarse activas. Note la forma en que se utiliza el símbolo & para denotar que ambas entradas tienen que estar activas un nivel ALTO aplicado en WE produce la operación de lectura siempre que el dispositivo se encuentre seleccionado y los buffers de salida estén habilitados por OE = Bajo. Cuando el dispositivo deja de estar seleccionado, pasa al estado de bajo consumo de potencia en el que ninguna de las demás entradas tienen efecto sobre él..

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Modo WE Lectura Escritura Habilitacion de salidas No seleccionada (Reduccion de potencia)

1 0 1 X X

Entrada CS1 0 0 X 1 X

CS2 1 1 X 0

Salidas OE

I/O 0..7

0 X 1 X X

DATO SAl DATOENT AltaZ Alta Z Alta Z

X = no importa Figura 9: Símbolo y tabla de modos de operación para la SRAM CMOS 6264 RAM Dinámica (DRAM) La RAM dinámica se fabrican con tecnología MOS y se caracterizan por su gran capacidad bajos requerimientos de consumo de potencia y velocidad de operación media. Tal como ya se mencionó, a diferencia de las RAM estáticas, las cuales guardan información en F/F, las RAM dinámicas guardan los unos y ceros como cargas sobre pequeños capacitores MOS (con capacitancia de solo unos cuantos picofaradios). Dada la tendencia que tienen estas cargas a fugarse después de cierto tiempo, las RAM dinámicas requieren de la recarga periódica de las celdas de memoria, este proceso recibe el nombre de refresco de la memoria RAM dinámica. En general, cada celda debe refrescarse por lo menos cada cierto periodo, de 2 a 10 ms, o de lo contrario se perderán los datos.

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La necesidad de refrescar las celdas es una desventaja de las RAM dinámicas cuando estas se comparan con las RAM estáticas, debido a que la primera añaden más requerimientos al diseño del sistema de memoria. Hasta poco los diseñadores de sistemas tenían que incluir circuitería adicional para implantar la operación de refresco de la memoria durante los intervalos de tiempo en que no se tiene acceso a esta para una operación de lectura o de escritura. Ahora existen dos alternativas disponibles para ayudar a neutralizar esta desventaja. Para memorias relativamente pequeñas (< 643k palabras) la RAM integrada (DRAM) proporciona una solución. Una DRAM es un CI que incluye la circuitería de refresco sobre el mismo microcircuito, junto con la matriz de celdas de memoria. El resultado es un CI que funciona desde el punto de vista externo, como una RAM estática. El diseñador no tiene que preocuparse por la operación de refresco de la memoria ya que esta realiza de manera automática en el interior del CI. Para sistemas de memoria grandes (>64k) existe un enfoque que es el mas eficiente en términos de costos y que hace uso de microcircuitos LSI denominados controladores de memoria dinámica, los cuales contienen toda la lógica necesaria para refrescar los CI de RAM dinámica que integran el sistema. Esto reduce en buena parte la circuitería adicional que contiene un sistema de RAM dinámica. Para aplicaciones donde los factores de velocidad y reducción en la complejidad son mas importantes que las consideraciones de espacio y consumo de potencia, las RAM estáticas siguen siendo la mejor opción. En general, son más rápidas que la RAM dinámicas y no requieren de ninguna operación de refresco. Son mas fáciles de diseñar, pero no pueden competir con la mayor capacidad y menor requerimiento de potencia de las RAM dinámicas. Como consecuencia de su estructura de celda mas sencilla, las DRAM tiene por lo general cuatro veces la densidad de las SRAM. Esto permite colocar hasta cuatro veces mas capacidad de memoria sobre una tarjeta de circuito impreso o en otros términos para la misma cantidad de memoria solo se necesita la cuarta parte del espacio que se ocuparía si se emplearan SRAM. El costo por el bit de almacenamiento en RAM dinámica se encuentra entre la quinta y cuarta parte del costo en las RAM estáticas. Se obtiene un ahorro adicional en el costo debido a los bajos requerimientos de potencia de la RAM dinámica, que por lo común se encuentra entre un sexto y la mitad de los correspondientes a las RAM estáticas y lo que a su vez permite el uso de fuentes de alimentación mas pequeñas y de menor costo.

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Las principales aplicaciones de las SRAM se encuentran en áreas donde son necesarias solo pequeñas cantidades de memoria (hasta 64k) o donde se requiere de gran velocidad. Muchos instrumentos y aparatos controlados por microprocesador tienen requerimientos muy pequeños de capacidad de memoria. Algunos instrumentos como el osciloscopio de almacenamiento digital y los analizadores lógicos requieren de una memoria de alta velocidad. Para aplicaciones como estas por lo general se emplea memoria SRAM. La memoria principal de muchas de las microcomputadoras personales (por ejemplo, la IBM PC o APPLE) emplean DRAM debido a su gran capacidad y bajo consumo de potencia. Sin embargo, estas computadoras algunas veces emplean pequeñas cantidades de SRAM para funciones que requieren de máxima velocidad como las gráficas en vídeo y las tablas de búsqueda.

Entrada de direcciones en columna A7

A8

A9

A10

A11

A12

Decodificador 1 128

A13

Selecciona 1 a 128 columnas Celda de memoria

A5

A4 A3

A2 A1

Decodificador 1 128

Entrada de direcciones en regiones

A6

128 regiones

A0

Selecciona 1 a 128 regiones

128 columnas

Figura 10: Disposición de celdas de la RAM dinámica 16k x 1.

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Estructura y Operación de la RAM Dinámica La arquitectura interna de una RAM dinámica puede visualizarse como una matriz formada por celdas capaces de almacenar un bit, tal como se ilustra en l figura 18. En este caso, existen 16,384 celdas colocadas en una matriz de 128 x 128. Cada celda ocupa una posición única , renglón y columna, dentro de la matriz. Se necesitan catorce 14 entradas para direcciones a fin de seleccionar una de las celdas (2 = 16,384), los bits A0 hasta A6 selecciona el renglón, mientras que los bits A7 hasta A13 selecciona la columna. Cada dirección de catorce bits selecciona una celda única ya sea para escritura o lectura. La estructura de la figura 10 corresponde a un CI DRAM de 16 k x 1. En la actualidad se encuentran disponibles en el mercado CI DRAM con capacidades de 1024K x 1 (1M x 1) y 256k x 4. Las DRAM con palabras de cuatro bits tienen una disposición similar a la de la figura 18, salvo que cada posición dentro de la matriz contiene cuatro celdas y cada dirección selecciona un grupo de cuatro celdas para la operación de lectura o escritura. Refresco del Contenido de la DRAM Las celdas de la DRAM tienen que refrescarse de manera periódica (por lo general, cada 2 ms) o de lo contrario pierden el dato que almacenan. Tal como ya se mencionó en el estudio de la celda DRAM de la figura 10, la celda se refresca cada vez que se realiza en ellas una operación de lectura. Parecería entonces que para una DRAM de 16K x 1 es necesario llevar a cabo las operaciones de lectura con una rapidez de una cada 122 ns (2ms/16,384 = 122ns). Esto es demasiada rapidez para las DRAM disponibles hoy en el mercado y si aún existiesen DRAM suficientemente rápidas, es poco probable que durante la operación normal se leyeran todas las celdas. Es por esta razón que los fabricantes diseñan sus microcircuitos DRAM de forma que: Cada vez que se lleve a cabo una operación de lectura en una celda, se regeneren todas las celdas que se encuentren en el mismo renglón. Esto disminuye en gran medida el número de operaciones de lectura que deben efectuarse para regenerar toda la memoria, es así como solo es necesario leer 128 filas o renglones una vez cada 2 ms. Aún, así, es poco probable leer 128 filas o renglones durante la operación normal de la memoria, por consiguiente la operación de refresco tiene que efectuarse por algún otro medio. Muchos fabricantes de CI de memoria dinámica han desarrollado CI especiales para el manejo de la operación de refresco así como el multiplexado necesario para los sistemas de DRAM. Estos CI se conocen como controladores de RAM dinámica.

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CONVERSOR ANALOGICO DIGITAL Los Sistemas Digitales pueden manejar cualquier tipo de información digital, no siendo importante su origen, que puede ser de un texto, de una imagen, de sonido o de señales de control, que son detectados por un sensor, convirtiendo una variable analógica del mundo real en una señal eléctrica analógica y esta mediante un conversor análogo digital es convertida en una señal digital. Un conversor ó convertidor Analógico Digital recibe un voltaje analógico en su entrada analógica y después de cierto tiempo produce una salida digital que representa al valor del voltaje analógico de entrada. Internamente el ADC realiza varios ciclos de aproximación de tal manera que el igualar o llegar a un valor muy próximo a la entrada analógica el proceso se detiene y la salida digital se convalida; este proceso se repite continuamente, dependiendo del tiempo de respuesta, puede repetirse alrededor de 1 segundo. Los convertidores Analógico Digital pueden ser de tres tipos: ADC de Rampa Digital ADC de aproximaciones sucesivas ADC paralelo.

ADC DE RAMPA DIGITAL El convertidor Analógico Digital de rampa digital tiene un contador que empieza a contar desde 0 en forma ascendente; las salidas del contador son las salidas digitales del ADC, y también ingresan a un DAC, para obtener un voltaje analógico que se comparará con el voltaje analógico de la entrada, cuando estos dos valores son muy cercanos concluye la conversión y el estado del contador es el valor digital que corresponde al valor analógico de la entrada. En este tipo de convertidor, cuando la entrada analógica es superada ligeramente por el voltaje proporcionado por el DAC, concluye la conversión.

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DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA DE UN ADC DE RAMPA DIGITAL

Como se observa en el diagrama el comparador compara el voltaje analógico de entrada VA con el voltaje VAX de la salida del DAC, si VA es mayor la salida del comparador es nivel alto y continua la conversión, debiéndose incrementar en una unidad el contador, y el proceso continua hasta que VAX sea mayor que VA y entonces la salida del comparador cambia a nivel bajo y concluye la conversión, el FDC o señal fin de conversión esta en nivel bajo. . Después de un tiempo corto, se realiza un nuevo proceso de conversión que se inicia con la llegada de un pulso de inicio, el cual pone el contador en 0 y mientras este presente el pulso de inicio no pasan los pulsos de reloj para su conteo, cuando el pulso de inicio desaparece se inicia el conteo en el contador hasta que la salida VAX del DAC supere ligeramente a la entrada analógica VA , terminando la conversión, el tiempo de conversión tc es variable, depende del voltaje de entrada, a mayor voltaje mayor tiempo de conversión, por que tiene que contar hasta que VAX supere ligeramente a VA . El ADC de rampa digital da un valor digital generalmente superior al voltaje analógico de la entrada y el tiempo de conversión es variable: no es el mismo para todas las conversiones.

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DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA DE UN ADC DE APROXIMACIONES SUCESIVAS

La unidad de control pone a 0 el registro, con ello la salida V AX del DAC también es 0 y el comparador tiene salida de nivel alto, consideremos para analizar el proceso de conversión del ADC, que en la entrada analógica se tiene un voltaje de 10.4 voltios, se inicia la primera aproximación con el bit mas significativo MSB, pasando de 0 a 1 y el DAC entregará en su salida ana lógica el voltaje VAX = 8 voltios, la salida del comparador será nivel alto, esto le indica a la unidad de control que la aproximación es correcta y confirma que el MSB o salida 0 del registro es 1. Luego continua con el bit C, pasando de 0 a 1,y V AX = 12 voltios, la salida del comparador será nivel bajo porque 10,4 voltios de la entrada analógica es menor que 12 voltios de la entrada inversora del comparador, la salida nivel bajo del comparador le indicará a la unidad de control que esta aproximación no es correcta y debe volver el bit C a 0, confirmando luego que el bit C del registro es 0. Para el bit B se realiza los mismos pasos que en los anteriores, cuando B pasa a 1, V AX = 10 voltios y el comparador mantiene salida alta, la aproximación es correcta y se confirma que el bit B del registro es 1.

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La última aproximación es el bit A, que es el LSB, pasa a 1 y la salida V AX = 11 voltios, el comparador pasa a nivel bajo y la aproximación no es correcta y debe volver el bit A a 0, luego se confirma que el bit A del registro es 0, concluyendo la conversión. El voltaje de entrada analógico es 10.4 voltios y la salida digital es 1010, equivalente a 10 voltios en decimal. En el diagrama de tiempo se observa que los cambios en las salidas digitales hasta completar la conversión, luego de un tiempo se inicia un nuevo proceso de conversión. DIAGRAMA DE TIEMPO DEL PROCESO DE CONVERSIÓN DEL ADC DE APROXIMACIONES SUCESIVAS

El ADC de aproximaciones sucesivas da un valor digital ligeramente inferior al voltaje analógico de la entrada y el tiempo de conversión es constante o fijo para todas las conversiones.

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ADC PARALELO El ADC paralelo esta compuesto por comparadores y un codificador de prioridad, y las salidas del codificador de prioridad son las salidas digitales del ADC. En el diagrama se muestra un ADC paralelo de 3 bits DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA DE UN ADC PARALELO DE 3 BITS

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De a cuerdo al número de bits, el codificador tendrá una cantidad de estados y por lo tanto una determinada cantidad de entradas, una por cada estado, excepto para el estado 0, así para 3 bits el número de estados es 8 y debe tener 7 entradas de 11 a 17, para 4 bits 15 entradas, para 8 bits 255 entradas. El circuito ADC paralelo tiene un comparador por cada entrada del codificador de prioridad, a fin de comparar la entrada analógica con un voltaje de referencia para cada entrada del codificador y así en algún comparador el voltaje analógico de la entrada será menor que la referencia y la salida del comparador sera nivel bajo y esta entrada se codificará, obteniéndose el valor digital de la entrada analógica. En la tabla siguiente se muestra las salidas de los comparadores y el valor digital del ADC paralelo para todos los voltajes que ingresan al ADC. TABLA DE SALIDA DE COMPARADORES y DEL CODIFICADOR VA

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C

B

A

0 - 1V 0 - 2V 2 - 3V 3 - 4V 4 - 5V 5 - 6V 6 - 7V >7V

1 0 0 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 0

1 1 1 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 1 1 1 0 0 0

1 1 1 1 1 1 0 0

1 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

El ADC paralelo es veloz, realiza la conversión en un solo ciclo de reloj y pero requiere tantos comparadores como número máximo tiene la cantidad de bits del ADC. FORMULAS PARA CONVERSIÓN Las formulas de conversión en los convertidores Analógico Digital, tiene que contemplar el tipo de conversión el circuito y el tiempo que demora la conversión además del nivel voltaje de la salida respecto a la entrada. CONVERTIDOR DE RAMPA DIGITAL En el convertidor ADC de rampa digital el tiempo de conversión depende del nivel de voltaje de la entrada analógico, si el nivel es cercano a 0, el tiempo es menor y cuanto más cerca esta del voltaje a escala completa, dura mas tiempo la conversión. El tiempo de conversión no es uniforme. En este tipo de convertidor el nivel de salida digital es un equivalente ligeramente mayor que la entrada analógica.

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CONVERTIDOR DE APROXIMACIÓN SUCESIVA En el convertidor ADC de aproximación sucesiva el tiempo de conversión es el mismo para cualquier voltaje, no depende del nivel de voltaje de la entrada analógico, El tiempo de conversión es uniforme para todos los voltajes de entrada. En este tipo de convertidor el nivel de salida digital es un equivalente ligeramente menor que la entrada analógica. CONVERTIDOR PARALELO En el convertidor ADC paralelo el tiempo de conversión es el mínimo e igual para todos los voltajes, no depende del nivel de voltaje de la entrada analógico, El tiempo de conversión es uniforme para todos los voltajes de entrada. . En este tipo de convertidor el nivel de salida digital es un equivalente ligeramente mayor que la entrada analógica. El tiempo de conversión es el tiempo que dura desde que recibe el componente el pulso de inicio hasta la activación de la salida FDC o fin de conversión.

VOLTIMETRO DIGITAL Un voltímetro digital (DVM) detecta en su entrada un voltaje analógico ysu valor lo convierte en un valor digital en su representación en código BCD, el cual se decodifica y se visualiza en algún tipo de lectura. En la figura se muestra un circuito DVM de tres dígitos que usa un ADC de rampa digital (se muestra dentro de las líneas punteadas). Tres contadores BCD en cascada proporcionan las entradas a un convertidor de BCD a analógico de tres dígitos que tiene un tamaño del escalón de 10 mV y una salida a plena escala de 9.99 Vol. Cada etapa de contador BCD también excita un registro de cuatro bits que alimenta un decodificador-excitador y un visualizador. Los contenidos de los contadorés BCD se transfieren a los registros al final del ciclo de conversión. de modo que los visualizadores no muestran los contadores restableciéndose y comando. sino solo el conteo final que representa el voltaje desconocido. Siempre y cuando VAX< VA. la salida COMP permanece en ALTO Y los pulsos de reloj pasan por la compuerta AND hacia el contador. A medida que éste se incrementa, la señal VAX aumenta 10 mV por escalón hasta que excede VA (véase la figura ). En ese punto COMP pasa a BAJO para deshabilitar la compuerta, AND y detiene el contador, por lo tanto termina la conversión. La TPN de COMP también dispara el MV monoestable 1 (MV1) para producir un pulso de 1 de :s en Q1 .

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La TTP de Q1 transfiere las salidas de las etapas de contadores BCD a sus respectivos registros para su almacenamiento y visualización. La TPN de Q1 dispara un segundo MV monoestable, MV2. para producir un pulso que restablece todos los contadores a 0. Lo anterior regresa VAX a 0 y COMP retorna a ALTO. Permitiendo pulsos hacia el contador para que se inicie un nuevo ciclo de con\versión. Así, este DVM realiza una conversión tras otra. Por supuesto los registros de almacenamiento evitarán que los visualizadores muestren el proceso de conversión.

Decodificador / exitador y visualizador

Decodificador / exitador y visualizador

Registro de 4 bits

Decodificador / exitador y visualizador

Registro de 4 bits

Registro de 4 bits

Reloj Contador BCD

Contador BCD

Contador BCD

( MSD)

( MSD)

( MSD)

Convertidor de BCD a analógico F.S. = 9.99v $VAX Entrada Analógica VAT

"

+

"

VT = 0.1 mV

Q1

Q1

Q1

Q1

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COMP

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Las lecturas de los visualizadores sólo cambiarán si VA varía de manera que se transfieren contenidos distintos de los contadores a los registros al final del ciclo de conversión. Un ejemplo numérico ayudará a ilustrasr la operación de este circuito. Suponga que VA es 6.372 V. Para que la salida COMP cambie a BAJO . VA debe exceder 6.3721 V. Debido a que la salida de DAC se incrementa en 10 mV/ escalón. se requiere 6.3721V / 10nV = 637.21 " 638 escalones . Así. los contadores numerarán hasta 638 lo cual se tranferirá a los registros y se visualizará. Se puede usar un LED pequeño para visualizar un punto decimal modo que el operador observa 638 v.

VA

VAX COMP FIN DE CONVERSIÓN TIEMPO CONTEO FINAL TRNASFERIDO AL REGISTRO

Q1 RESTABLECER CONTADOR PARA INICIAR UNA NUEVA CONVERSIÓN

Q2

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ESQUEMAS DE CIRCUITOS DE CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL. DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS POR COMPUTADOR VA

$ $

INICIO

ADC DE RAMPA DIGITAL DE 8 BITS

MICROCOMPUTADORA

RELOJ

BC

DIGITAL

DIAGRAMA DE LA FORMA DE ONDA DE LA ADQUISICiÓN DE DATOS A

VA

B C

VAX

INICIO FDC

T0

T1

T2

T3

LA COMPUTADORA CARGA DATOS EN LA MEMORIA

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En los diagramas anteriores se presento un sistema de adquisición de datos por computadora utilizando un ADC de Rampa Digital de 8 bits, y su correspondiente formas de onda que muestran como la computadora inicia cada nuevo ciclo de conversión y luego carga los datos digitales en la memoria al termino de la conversión. DIAGRAMA DE LA DIGITALIZACIÓN DE UNA SEÑAL ANALÓGICA

C

SEÑAL DE ENTRADA LÓGICA

D E

B

F

A

G H

VOLTAJE

I J

TIEMPO

RECONSTRUCCIÓN DE LA SEÑAL ORIGINAL A PARTIR DE DATOS DIGITALES

C B

D E F

A

G H

VOLTAJE

I J

TIEMPO

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En la sección HIC-12, se trato el tema del teorema del muestreo, que nos indicaba , que si una señal se muestreaba dentro de un tiempo determinado, se consigue capturar toda la información que nos permitirá reconstruir la señal original a partir de los datos digitalizados.. En los diagramas anteriores se presento: el gráfico referente al muestreo de una señal analógica y su correspondiente digitalización; y en el otro gráfico se muestra la reconstrucción de la señal original a partir de los datos obtenidos en la digitalización y que generalmente han sido transmitido desde otro lugar. RECOMENDACIONES SOBRE RANGOS DE APLICACIÓN DE CONVERTIDORES DE ANALÓGICOS DIGIT ALES. Los convertidores analógicos digitales convertirán un voltaje analógico que recibe en su entrada analógica en un valor digital, equivalente al valor analógico de su entrada, y para ello utilizará una cantidad determinada de bits que le permitirán presentar el valor digital en Sinario directo o en código BCD. Los ADC en binario directo, trabajan con factor de proporcionalidad pequeños, de K = 1 voltio, K = 0.5 voltios, K = 0.2 voltios, K = 0.1 voltios, de manera que el multiplicando por el equivalente del numero máximo, se obtiene el valor a escala completa, (FS). El rango de variación será de 00 voltios hasta la escala completa. Los ADC en códigoBCD, tiene rangos mayores por el hecho de tener mas bits, y generalmente utilizan dos o tres dígitos decimales y por lo tanto llegan 99 ó 999, y se utilizan factores de proporcionalidad para convertir en centésimas o milésimas. Los ADC en codigo BCO se utiliza generalmente para mediciones en las que requiere una visualización decimal, como son los voltímetros digitales. Los ADC binarios son generalmente para ser procesador por los sistemas digitales de control o para la adquisición de datos por microcomputadora, como se mostró en un tema anterior. RECOMENDACIONES PARA PROTEGER EL MEDIO AMBIENTE El medio ambiente esta formado por todo lo que nos rodea y se debe evitar contaminar, para ello se debe reducir los materiales y elementos contaminantes, tratando de ser cada vez mas eficientes en el uso de reactivos. Se debe mantener limpio el taller, depositando los desperdicios en los contenedores habilitados para estos fines, clasificando los desperdicios y propiciando el uso adecuado de los materiales reutilizables para evitar gastos y el uso de recursos que pueden ser útiles a otros talleres. Se debe hacer un uso racional del agua y la electricidad, para evitar gastos innecesarios y evitar el agotamiento de estos recursos naturales. ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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TAREA 8 MONTAR VARIOADOR DE VELOCIDAD DE MOTOR DE C. C.

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VCC DIP SWICHT

Vcc

Vcc

R1

R2 R3

12 14 15 11 10 9 2 8 4 7 6 5 3 16 13 1

-

IC1

RX

Q1

IC2

Q2

Q3

+

Vss C1 C3

M Vss

02

03

04

01

MATERIALES / INSTRUMENTOS

OPERACIONES

N° 01

Vcc

C2

Reconocer Circuito Conversor D / A Conectar y comprobar Circuito Conversor D/A Armar y probar circuito amplificador de corriente

01 01 01 01 01

Fuente de alimentacion DAC 0806 DAC 0800 Protoboard Multimetro

Armar y probar el Variador de Velocidad de Motor de C.C 01

PZA. CANT.

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES

MONTAR VARIADOR DE VELOCIDAD DE MOTOR DE C.C

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MATERIAL

OBSERVACIONES

HT 08

REF. HOJA:

TIEMPO: ESCALA:

1/1

2005

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN RECONOCER CIRCUITO CONVERSOR DIGITAL ANALOGICO - D/A. DESCRIPCIÓN Identificar los terminales o pines del C.I. del conversor Digital Analógico, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Cada fabricante de C.I. asignan un código a sus integrados, los cuales tienen su reemplazo en el manual ECG, en la sección referencia cruzada. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del DAC 0801 o del DAC a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección LINEARS ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MISCELLANEOUS INTEGRATED CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2056 o el correspondiente al DAC a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del DAC-0801 o equivalente al ECG 2056. o el del DAC a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama adjunto.

1

16

Comp

IOUT

2

15

VREF(-)

-VCC

3

14

VREF(+)

IOUT

4

13

+VCC

A7

5

12

A0

A6

6

11

A1

A5

7

10

A2

A4

8

9

A3

D A C 0801

VLC

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR CIRCUITO CONVERSOR D/A. DESCRIPCIÓN

Identificar los terminales o pines del C.I. del convertidor Digital Analógico, ubicando el código del circuito integrado y buscando en el manual de semiconductores ECG por el tipo de C.I o reemplazo ECG correspondiente. Se armará un circuito que ingrese una secuencia de valores digitales a un Convertidor Digital Analógico; los cuatro bits menos significativos mediante un contador y los cuatro más significativos mediante conmutadores que ponen nivel lógico a 1 o 0. En la salida se conectara un Multímetro analógico que permita visualizar el voltaje de salida del DAC, ante los valores digitales de la entrada, que se observaran en leds.

PROCESO DE EJECUCIÓN:

1º PASO:

Busque en el manual ECG, en la sección CROSS REFERENCE (Referencia cruzada), el componente ECG de reemplazo del DAC 0801 o del DAC a utilizar.

2º PASO:

Busque en el manual ECG la sección LINEARS ICs y dentro de ella, en las paginas referidas a MISCELLANEOUS INTEGRATED CIRCUITS, el diagrama del componente ECG 2056 o el correspondiente al DAC a utilizar.

3º PASO:

Copie en una hoja el diagrama del DAC-0806 o equivalente al ECG 2056. ó el del DAC a utilizar.

4º PASO:

Identifique en el C.I. los terminales, para realizar las conexiones al armar el circuito, verificar si concuerda con el diagrama adjunto.

5º PASO:

Identificar terminales de C.I DAC 0806 o ECG 2056.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

6º PASO:

Arme el circuito mostrado, en PROTOBOARD.

7º PASO:

Conecte a la entrada CK del contador el astable de periodo 5s.

8º PASO:

Ponga el contador en la dirección 0000, con el terminal CLR del contador, y los conmutadores de los bits mas significativos en 0000.

9º PASO:

Conecte entre la salida Vsal del DAC y tierra un Multímetro analógico y observe la variación del voltaje que se presenta en la salida, cuando varía el valor binario de la entrada, que se muestra por los leds.

10º PASO:

Ponga el contador en la dirección 0000, con el terminal CLR del contador, y el conmutador del Bit A4 en nivel 1 o Vcc y los demás los bits más significativos en 0000.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

11º PASO:

Observe la variación del voltaje que se presenta en la salida y note la diferencia de rango con respecto a la prueba anterior.

12º PASO:

Repita el paso 6 y 7 para varios valores de los bits mas significativos.

SELECCIONADO POR SWITCH PRUEBA A7 A6 A5 A4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0 9 0 0 0 0 10 0 0 0 0 11 0 0 0 0 12 0 0 0 0 13 0 0 0 0 14 0 0 0 0 15 1 0 0 0 16 1 1 0 0 17 1 1 1 0 18 1 1 1 1 19 1 1 1 1 20 1 0 1 1 . 1 0 0 1 .

A3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

CONTADOR A2 A1 A0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1

SALIDA VSAL

Para cada entrada digital se debe leer el valor Vsal analógico de salida del DAC y registrar en el cuadro.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR CIRCUITO AMPLIFICADOR DE CORRIENTE DESCRIPCIÓN La tensión que entrega el DAC es del orden de los voltios, pero la capacidad de corriente que puede entregar es del orden de los miliamperios, por ello se debe utilizar un amplificador de corriente, para poder alimentar adecuadamente al motor de corriente continua, en el cual la velocidad depende de la tensión con la que se le alimenta al motor. Cuando la tensión es mayor, es mayor la velocidad, en el circuito la tensión se varía con el potenciómetro y el amplificador proporciona la corriente para el funcionamiento del motor. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º PASO:

Busque en el manual ECG, los terminales de los componentes a utilizar.

2º PASO:

Arme en el Protoboard el circuito mostrado.

Vcc

+ 5V 1K

12K 0.1K -

10K

Q1

IC2

Q2

Q3

+

1K Vss

- 5V M

3º PASO:

Varíe el potenciómetro y compruebe que varía la velocidad. 128

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

OPERACIÓN CONECTAR Y COMPROBAR EL VARIADOR DE VELOCIDAD DE MOTOR CC DESCRIPCIÓN El circuito variador de velocidad de motor corriente continua –cc, es un circuito que permite variar la velocidad de un motor de cc, mediante la variación de la tensión o voltaje de alimentación del motor, el circuito o fuente que alimenta con tensión variable al motor debe estar en condiciones de suministrar la corriente que el motor requiere, de lo contrario el circuito o fuente disminuirá sustancialmente la tensión cuando el motor empieza a funcionar y consuma corriente, y a esa nueva tensión el motor no podrá funcionar.

Se tiene un control digital, que puede recibir bits, que representan un valor de tensión digital y mediante un conversor digital análogo, se obtiene una tensión continua que sirve para excitar al circuito que alimenta de tensión al motor, cuando el valor digital aumenta se aumenta la tensión que alimenta al motor, y por lo tanto aumenta la velocidad del motor.

Al disminuir el valor digital de la entrada, igualmente disminuye la tensión que entrega el conversor digital análogo, y la etapa de potencia también disminuye la tensión de alimentación del motor y con ello la velocidad del motor.

PROCESO DE EJECUCIÓN:

1º PASO:

Busque en el manual ECG, los terminales de los IC y otros componentes electrónicos que se utilicen.

2º PASO:

Verifique el estado de los componentes.

3º PASO:

Verifique los datos del motor de corriente continua, principalmente la tensión de nominal y verifique el funcionamiento del motor.

4º PASO:

Arme el circuito mostrado, en el protoboard.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

VCC DIP SWICHT

Vcc

Vcc

R1

R2 R3

12 14 15 11 10 9 2 8 4 7 6 5 3 16 13 1

-

IC1

RX

Q1

IC2

Q2

Q3

+

Vss C1 C3

M C2 Vss

Vcc

5º PASO:

Seleccione un valor digital bajo, tal como 0010 y verifique si el motor funciona.

6º PASO:

Seleccione un nuevo valor digital en los DIP switch y verifique si el motor ha aumentado su velocidad.

7º PASO:

Repita el paso anterior para un valor cada vez mayor y verifique si la velocidad aumenta.

8º PASO:

Registre el valor al que se inicia a giro del motor y el valor al que alcanza la máxima velocidad, después de la cual no hay un cambio notorio en la velocidad.

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO El mundo real en que vivimos, tiene muchos factores que se deben controlar para el funcionamiento optimo de los equipos y maquinarias, tanto en el hogar, la oficina como en la industria, y estos factores tienen variables que son analógicos y los sistemas de control mas difundidos y de usos generales son sistemas digitales, por ello se tiene una interfase entre el mundo analógico y el mundo digital. En el diagrama siguiente se presenta los componentes y las señales de la interconexión del mundo analógico al sistema digital para la supervisión y control de una variable física analógica. DIAGRAMA DE INTERCONEXIÓN DE UNA VARIABLE FÍSICA ANALÓGICA AL SISTEMA DIGITAL PARA SU SUPERVISIÓN Y CONTROL Entrada analógica (eléctrica)

4

3

2

Salidas analógica 5

1 Transductor

Sistema digital ( micro computadora)

ADC

Control de una variable Física

DAC

Variable Física Salidas digitales

Entrada digitales

Un sistema de control analógico o análogo es difícil de diseñar y solo sirve para el caso especifico para el que se diseño, un sistema de control digital es mas sencillo de diseñar y se utilizan elementos de circuitos de múltiples propósitos, esto significa elementos de usos generales y el sistema de control diseñado para una determinada aplicación es fácilmente adaptable para el sistema de control de maquina o de procesos similares. En el mundo real la gran mayoría de las variables físicos que intervienen en un sistema de control son analógicos y por lo tanto se debe convertir la señal analógica en una señal digital para poder ser procesada por un sistema digital utilizando un convertidor analógico digital; y luego la señal digital que sale del sistema de control debe ser convertida en señal analógica mediante un convertidor digital analógico cuya salida efectuara acciones de modificación por medio del actuador. Un convertidor Analógico Digital utiliza como parte de sus circuito un circuito convertidor digital analógico, por ello primero se estudia los convertidores digital analógico o DAC. ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

CONVERTIDOR DIGITAL ANALÓGICO SÍMBOLO DE UN DAC D ENTRADAS DIGITALES

MSB

CONVERTIDOR D/A ( DAC )

C B A

Vsal SALIDA ANALOGICA

LSB

La conversión digital analógica consiste en obtener un voltaje o una corriente en la salida que sea proporcional el valor digital de la entrada, valor digital representado en un codigo digital que puede ser binario directo o BCD. SALIDA ANALÓGICA = K ( ENTRADA DIGITAL) K = Factor de proporcionalidad FACTOR DE PROPORCIONALIDAD El factor de proporcionalidad es un valor constante para cada DAC, y es el valor por el se debe multiplicar el valor digital de la entrada para obtener el valor analógico de la salida, las unidades de K será voltios si se trata de salida de tensión y será amperios si se trata de salida de corriente. La tabla de valores muestra las salidas de un DAC común de 4 bits y K = 1 v. TABLA DE VALORES DE SALIDA DEL DAC DE 4 BITS D

C

B

A

Avsal

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Voltios

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Voltios 132

ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

TIPOS DE DAC Los DAC pueden ser básicamente de dos tipos: DAC BINARIO .Convertidor digital analógico con entrada digital en código binario directo y cuyo valor es el mismo que el sistema de numeración binario. DAC BCD .Convertidor digital analógico con entrada digital en código BCD o Decimal Codificado en Binario, en el cual el valor decimal es representado por cada uno de sus dígitos expresados en binario en 4 bits, utilizando solo los valores de 0000 a 1001 que equivale al 9, siendo no correcto el uso de las combinaciones o estados del 1 0 1 0 al 1111. SALIDA ANALOGICA En sentido estricto desde el punto de vista técnico, la salida de un DAC no es analógico, ya que tomará valores específicos y no todos los valores continuos, en el caso de un DAC de 4bits de entrada y factor de proporcionalidad K = 1 v., se podrá obtener 16 posibles valores entre el valor mínimo 0 v y el valor máximo 15 v, teniendo las salidas valores específicos solo cada 1 voltio, los valores intermedios nunca tomara la salida del DAC. Tal como se observa en la tabla de valores de las salidas como en el diagrama de la señal de salida del DAC, que se presenta a continuación. DIAGRAMA DE LA SEÑAL DE SALIDA DE UN DAC CON CONTADOR Escala completa (entrada = 1111)

15V

10V CONTADOR DE 4 BITS D C B A

CONERTIDOR D/A RESOLUCION = 1

Vsal 0V

Resolución = tamaño de paso = 1V

Reloj

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5V 4V La entrada 3V vuelve al 2V estado 0 1V

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

RESOLUCiÓN O TAMAÑO DE PASO La resolución o tamaño de paso es la menor variación que puede ocurrir en la salida analógica producida por un cambio de la entrada digital, es igual al factor de ponderación del LSS, la resolución también es llamado tamaño de paso porque es el valor analógico o paso que existe entre 2 secuencias consecutivas de la entrada digital. Como el DAC no puede producir un rango continuo de valores, si no un numero finito de valores en su salida, para definir que DAC utilizar se debe tener en cuenta la resolución del DAC para la aplicación en la que se utilizará, teniendo en cuenta que su costo aumenta con el número de bits y a mayor resolución mayor numero de bits. SALIDA A ESCALA COMPLETA Cuando la entrada digital alcanza su máximo valor, en la salida del DAC se obtiene el máximo valor de salida, a este valor se le conoce como salida a escala completa o F.S. de ingles Full Scala. PORCENTAJE DE RESOLUCION A veces es conveniente indicar la resolución como un porcentaje en lugar de un valor absoluto, el porcentaje de resolución de un DAC, se obtiene dividiendo el tamaño de paso entre la salida a escala complete y se multiplica por 100. Tamaño de Paso Tamaño de Paso %R=

x 100

Escala Completa % R = PORCENTAJE DE RESOLUCiÓN CONVERTIDOR CON ENTRADA BCD El convertidor DAC con entrada BCD recibe por su entrada digital valores expresados en código BCD y al igual que el DAC binario presenta una salida proporcional al valor digital de la entrada. DIAGRAMA DE UN DAC CON ENTRADA SCD BCD DEL DIGITO MAS SIGNIFICATIVO ( LSD )

BCD DEL DIGITO MENOS SIGNIFICATIVO ( MSD )

D

MSB

C B A D

40 20 LSB MSB

C

10 8

Vsal

100 valores posible ya que la entrada varia de 00 a 99

4 2

B A

80

LSB

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1

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

El DAC BCD mostrado acepta una entrada de 2 dígitos decimales enBCD y tiene una salida con 100 posibles valores, y tiene un factor de proporcionalidad o tamaño de paso = 1 v. Para obtener el valor de la salida se puede hallar el valor decimal de la entrada digital y multiplicar por el factor de proporcionalidad o utilizar el método de los pesos para cada entrada, como se muestra en el cuadro siguiente. TABLA DE LOS PESOS DE LAS ENTRADAS EN UN DAC BCD MSD D1 80

C1 40

LSD B1 20

A1 10

D0 8

.DECIMAL C0 4

B0 2

A0 1

BCD BINARIO Pesos

TAMAÑO DE PASO = 1 v. Las entradas que tiene un valor 1, al multiplicarse por el peso dan el mismo valor y las entradas que tiene un valor O al multiplicarse dan O, luego se suma y se obtiene el valor de la salida analógica. CIRCUITO BASICO DE UN DAC Un Convertidor DAC tiene un circuito complejo, pero podemos tener una idea del funcionamiento interno del DAC con el circuito básico en base a un circuito sumador con un amplificador operacional, como el que se presenta. DIAGRAMA DEL CIRCUITO BASICO DE UN DAC 1 kS D

Rf = 1KS

MSB 2 kS +Vs

C

Vsal 4 kS B -Vs

8 kS A

LSB Entradas Digitales : 0V o 5V

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

El circuito sumador es inversor, por lo tanto el valor de salida será negativo, si se quiere tener valores positivos de salida deberá poner en seguida un amplificador inversor unitario. Las resistencias del circuito están calculadas para que la entrada D sea la mas significativa y tenga peso 1, la entrada C sea la segunda mas significativa y su peso sea %, la entrada S sea la tercera y su peso sea 1/4 y finalmente la entrada A sea la menos significativa o LSB y su peso sea 1/8. Los valores de las entradas serán:0 voltios cuando la entrada digital debe ser 0 lógico y 5 voltios cuando la entrada digital debe ser 1 lógico, el valor digital se multiplica por el peso y se suman todos los valores resultantes para producir la salida, tal como ejecutará circuito el sumador inversor. En la tabla de valores de salida se observa todos los valores que se obtendrá en la salida del DAC básico, para todas las combinaciones de las entradas. TABLA DE VALORES DE SALIDA DEL DAC DE 4 BITS D

C

B

A

Vsal en Voltios

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 -0.625 ! LSB -1.250 -1.875 -2.500 -3.125 -3.750 -4.375 -5.000 -5.625 -6.250 -6.875 -7.500 -8.125 -8.750 -9.375! Escala Completa

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ELECTRONICA DIGITAL PARTE II

ESPECIFICACIONES DE UN DAC Se dispone de una amplia variedad de DAC así como Cis o bin como paquetes encapsulados autocontenidos. Uno debe estar familiarizado con las especificaciones mas importantes de los fabricantes a fin de evaluar un DAC para una determinada aplicación. Resolución, Como se mencionó antes, la relación porcentual de un DAC depende únicamente del número de bits. Por esta razón, los fabricantes por lo general especifican una resolución de DAC como el número de bits. Un DAC de 10 bits tiene una resolución mas sensible (mayor exactitud) que uno de 8 bits. Precisión, Los fabricantes e DAC tienen varias maneras de especificar la precisión. Las dos mas comunes se llaman error de escala completa y error de linealidad, que normalmente se expresan como un porcentaje de la salida a escala completa del convertido (%F.S.). El error a escala completa es la maxima desviación de la salida del DAC de su valor estimado (ideal), expresado como un porcentaje a escala completa. CONTROL CON UN DAC El diagrama muestra un control digital de un motor de corriente continua utilizando un DAC, los bits de control que salen de una microcomputadora son recibidas por el DAC y en base a estos datos da en su salida un nivel de voltaje, el cual es amplificado por un amplificador de corriente con operacional, para alimentar al motor cc, a mayor valor digital mayor valor de voltaje en la salida y luego mayor velocidad en el motor.

DIAGRAMA DE UN CONTROL DIGITAL DE UN MOTOR CC

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DC Un motor eléctrico tiene como función convertir la energía eléctrica en movimiento o energía mecánica. Los Motores eléctricos pueden ser de dos tipos por el tipo de energía eléctrica que utiliza: motor de corriente continua o DC y motor de corriente alterna o AC. En general, los circuitos de control de velocidad, también serán de dos tipos, para motor DC y para motor AC; los métodos de control de la velocidad de motores DC son simples y menos costosos que los empleados para un motor AC. CONTROL DE VELOCIDAD POR ARMADURA Debido a que los motores DC desarrollan altos torques de arranque y su velocidad es ajustable dentro de amplios limites, estos han predominado sobre los motores de inducción trifásicos, para usos de impulsión muy exigentes. Los motores DC, ya sea el de serie o el de excitación independiente, se utilizan normalmente en propulsores de velocidad variable, aunque, tradicionalmente, los motores serie se han utilizado para las aplicaciones de tracción. En un motor, la interacción de dos campos magnéticos da como resultado la generación de fuerza y la formación del torque; en un motor DC, se tiene un sistema fijo, usualmente el devanado del campo o excitación en el estator, y un sistema en movimiento en el devanado de armadura sobre un eje giratorio o rotor. La armadura o inducido se encuentra alojada en el circuito magnético giratorio por lo que debe ser alimentada a través de contactos (escobillas) que inciden sobre un colector de delgas, las escobillas y el colector son una de las partes débiles del motor, lo que obliga a una atención especial, porque es el origen frecuente de averías, las escobillas se fabrican de aleaciones de grafito y cobre.

CONTROL DE MOTORES PEQUEÑOS En motores pequeños, el campo de excitación frecuentemente es provisto por imanes permanentes, mientras que en motores grandes, se necesita una corriente de armadura y una corriente de excitación con el fin de crear los dos campos magnéticos. El sistema de alimentación de un motor DC puede estar basado en una alimentación con corriente alterna AC, y mediante un rectificador NO CONTROLADO alimentar con corriente DC al campo y mediante un rectificador CONTROLADO alimentar con corriente DC variable a la armadura, y variando la corriente por la armadura se variará la velocidad del motor.

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

La idea central del control de velocidad, control de armadura, requiere la siguiente configuración.

DIAGRAMA DE CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DC

C.a

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO O TRIFÁSICO

RECTIFICADOR NO CONTROLADO MONOFÁSICO O TRIFÁSICO

ARMADURA

CAMPO

El circuito equivalente e un motor DC de excitación independiente se muestran a continuación. CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR DC

Ia

If Lf

La

VF Ra VA Rf + E -

W

Cl

Cm

Donde: Va : La : Ra : E : Ia : Lf : Rf : Vf : If :

tensión de armadura (V) Inductancia de armadura (H) Resistencia del circuito de armadura(Ω) FCEM (tensión de velocidad (V) Corriente de armadura (A) Inductancia del campo (H) Resistencia del campo (Ω) Tensión del campo (V) Corriente del campo (A) 139

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

w Cm CL

: : :

Velocidad del motor (rad/s) Par desarrollado por el motor (N-m) Par motor de la carga (N-m)

FUNCIONAMIENTO En el instante que aplicamos tensión DC al motor, la fcem es igual a cero, la armadura esta detenida y su corriente es limitada solamente por la resistencia de su circuito que generalmente es muy baja. Conforme el motor va incrementando su velocidad, fcem empieza a aumentar y la corriente a disminuir, debido a que la polaridad de la fcem es opuesta a la de la fuente de alimentación DC, a la tensión de bornes de la armadura se le conoce como fcem. El valor de la tensión que realmente genera la corriente a través del motor es la tensión diferencial igual a la tensión de la fuente DC – fcem. Cuando se aplica una carga mecánica al eje del motor, se origina una disminución proporcional de la velocidad y por lo tanto la fcem disminuye lo que trae como consecuencia que la tensión diferencial aumente y ello se traduce en un aumento de la corriente del motor. Cuando un motor de excitación independiente es excitado mediante una corriente del campo If y en el circuito de armadura fluye una corriente de armadura Ia, el motor desarrolla una fcem. (E) y un par motor (Cm) a una velocidad determinada (w) para equilibrar el par motor de la carga (CL). La corriente del campo If de un motor de excitación separada es independiente de la corriente de armadura Ia, por lo que cualquier modificación en la corriente de armadura no tiene efecto sobre la corriente de campo, la corriente del campo es, por lo general, mucho menor que la corriente de armadura. Basado en el circuito equivalente y después de simplificaciones para condiciones de régimen permanente, para los cálculos de los parámetros del circuito se deben usar las formulas: Vf = Rf x If

Va = Ra x Ia + E

E = Kv x w x If

Va = Ra x Ia + Kv x w x If

ω =

Va − raIa Va − Ra.Ia = Vf Kv.If Kv Rf

Cm = Kt x If x Ia Y la potencia desarrollada Pd = Cm x w Podemos afirmar; ahora que la velocidad del motor DC puede variarse mediante 140

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

1.- El control de la tensión de armadura (Va) y se conoce como control por armadura. 2.- El control de la corriente del campo (if) conocido como control por campo. 3.- La demanda del par motor que corresponde a una corriente de armadura Ia, para una corriente de campo fijo. La velocidad que corresponde a la tensión especificada de la armadura, a la corriente especificada del campo y a la corriente especificada de la armadura se conoce como velocidad base. Para una velocidad menor que la velocidad base, la corriente de campo se mantiene constante y a fin de controlar la velocidad del motor, se varía la tensión de armadura. Para velocidades mayores que la velocidad base, la tensión de armadura se mantiene constante y, a fin de controlar la velocidad del motor, se varía la corriente del campo If. sin embargo, la potencia desarrollada por el motor se mantiene constante. Potencia = Par motor x velocidad

CONTROL DE MOTORES GRANDES Un motor grande generalmente es alimentado por corriente alterna trifásica y así consideramos en este manual. En el gráfico se presenta un circuito para el control de velocidad de un motor DC en lazo abierto. CIRCUITO DE CONTROL DE LAZO ABIERTO

L1

L1

L2

L2

L3

L3

CIRCUITO DE DISPARO

Para potencias menores de 2 Kw, es típico usar rectificadores monofásicos y para potencias mayores se debe emplear rectificadores trifásicos. 141

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

En el circuito de disparo, mediante una tensión CC a través de un potenciómetro, ajustamos el ángulo de disparo de los SCR para obtener la velocidad deseada, disparando los SCR con el ángulo adecuado, el rectificador controlado proporcionara la tensión promedio necesaria para la armadura. La tensión para el campo o excitación se obtiene a través de un rectificador no controlado, pero si se desea el control de la tensión del campo puede usarse un rectificador controlado. No siempre los requisitos de accionamiento, como la regulación de la velocidad, puede ser alcanzado por un sistema en lazo abierto, en ciertos casos debe usarse el sistema en lazo cerrado. En El sistema de control de velocidad de lazo cerrado, la velocidad del motor es detectada por medio de la extracción de una señal DC proporcional a la velocidad, esta señal proviene de un circuito que detecta la fem de la armadura o es proporcionada por un dinamo tacométrico. Con el circuito de la fem de la armadura se logra capacidades de regulación de ± 2%, y con el dínamo tacométrico, que proporciona una tensión de referencia proporcional a la velocidad de rotación, se obtiene ± 0,1% de regulación. Para mejorar esta capacidad de regulación, en la actualidad, se usa técnicas digitales para sensar la velocidad, y se puede obtener regulaciones de velocidad de ± 0,002% con el sistema PLL. En el sistema PLL, la evolución del motor se convierte en un tren de pulsos digitales, mediante un codificador de velocidad, que se compara con el tren de pulsos de referencia (o frecuencia) generando una tensión de salida en PWM proporcional a la diferencia de fases o frecuencias de ambos trenes de pulsos, que irá al convertidor de potencia, modificando por lo tanto, la velocidad del motor.

APLICACIONES Artefactos y equipos pequeños que trabajan con motor de corriente continua, con control de velocidad por SCR, teniendo la velocidad dependiente del nivel de tensión. Para la propulsión de los materiales en los talleres de laminado, se utilizan los motores de corriente continua con control de velocidad por SCR. Los Vehículos que trabajan con electricidad utilizan motores de corriente continua, por solo disponer de energía DC y por que el control de la velocidad es mas simple en DC, solo depende de nivel de la tensión. Los motores DC se utilizan cuando se requiere altos torques de arranque y la velocidad debe variar dentro de amplios limites, principalmente para usos de impulsión muy exigentes; y los motores DC en serie, tradicionalmente, se han utilizado para las aplicaciones de tracción. 142

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MEDIO AMBIENTE

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El ambiente en que vivimos Somos parte del medio ambiente y sin él no podemos subsistir, compartimos la biosfera con las plantas y los animales, en su interesante y complicada variedad. El medio ambiente nos brinda los recursos naturales , los agotables y los renovables. Estos recursos son la fuente de los productos que utilizamos para satisfacer nuestras necesidades básicas. El suelo, el agua, el aire, la vegetación, y la fauna son recursos renovables, que si los utilizamos adecuadamente, no se podrán destruir ni agotar. El clima, expresado en la interacción del aire, de la humedad, de la temperatura y de la energía solar es uno de los factores más importantes del ambiente. Interacciones en el ambiente en que vivimos Todos los seres vivos dependen tanto del ambiente como los unos de los otros. Cada ser vivo, por más insignificante y minúsculo que sea, es importante dentro del equilibrio natural. El hombre no tiene derecho a techar a plantas y animales como a "enemigos", porque la función que tienen dentro del equilibrio natural es necesaria e imprescindible. Si algunos le causan daño directa o indirectamente, casi siempre se debe a que él ha alterado en alguna forma ese equilibrio. Las plantas y los animales forman comunidades en estrecha interdependencia de producción y de alimentación. El Perú tiene zonas muy interesantes donde existen plantas y animales característicos. Ellas son: el mar, el desierto, el bosque seco del noroeste. Conservación del ambiente en que vivimos La conservación es utilizar sin destruir, respetando el equilibrio natural. Es un deber del Estado y de cada peruano, porque los recursos son patrimonio común. Conservar el suelo, evitando la erosión, es la base de la producción de alimentos. Sin suelos fértiles, y con suelos erosionados hay hambre. La vegetación como los pastos, bosques y malezas se debe manejar en forma adecuada. Sin la cobertura de las plantas no hay suelos estables y fértiles, no hay agua suficiente y no hay fauna silvestre. Los animales silvestres son parte del ambiente y nos brindan productos alimenticios e industriales. Todos debemos cooperar en evitar su extinción. La vicuña es la especie más prometedora de los Andes y el futuro de nuestros campesinos de la puna depende en gran parte de ella. El hombre, a pesar de ser inteligente, causa enormes daños al medio ambiente, contaminando las aguas, los suelos y el aire. Si no corrige estos errores, se destruirá a sí mismo. Como joven debes esforzarte en comprender la realidad y diversidad ecológica de tu patria, a fin de contribuir a su desarrollo armonioso, conservando los recursos. 144

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HOJAS DE TRABAJO

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

HOJA DE TRABAJO No. 1 OPERACIÓN: DISEÑAR Y PROBAR CIRCUITO RELOJ DIGITAL PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un circuito de reloj digital debe tener un generador de pulsos o reloj, también conocido como Clock, de una gran estabilidad y una frecuencia adecuada para no generar retrasos ni adelantos en la hora que presenta y para ello se debe un divisor de frecuencias que al final debe dar un pulso por segundo. Si se utiliza la señal alterna de 60Hz, el circuito incluirá un conformador de pulsos y un divisor de frecuencia entre 60. El circuito utilizará contadores de diferente MOD, de acuerdo a si corresponde a los segundos, minutos u horas y si es para el primer o segundo digito. Los bits de los contadores ingresan a decodificadores excitadores de BCD a 7 segmentos y se conectan a displays que muestran el valor de cada contador, que estarán organizados para presentar la hora, el minuto y el segundo. Se puede presentar solo las horas y los minutos y para los segundos se puede utilizar solo un led. ESQUEMA DEL CIRCUITO

IMPLMENTAR UN RELOJ DIGITAL

60 Hz



1pps

60 pps FORMADOR DE PULSOS

CTR DIV60





1pps

0-1 Decenas

0-9 Unidades

Sección de horas

0-5 Decenas

0-9 Unidades

Sección de minutos

0-5 Decenas

0-9 Unidades

Sección de segundos

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ELECTRÓNICA DIGITAL PARTE II

HOJA DE TRABAJO No. 2 OPERACIÓN: ARMAR CIRCUITO DE TRANSFERENCIA PARALELA.

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un registro esta formado por flip flops D que almacenan 1 bit cada uno, total 4 bits si el registro tiene 4 flip flops; la carga de los datos se puede hacer por las entradas D; seleccionando el valor lógico a ingresar y luego aplicando un pulso de reloj; con cuyo flanco positivo los valores de las entradas D son transferidos a las salidas Q. Cuando las salidas de un registro están conectadas a las entradas de otro registro, los datos de las salidas del primer registro son transferidas a las salidas del segundo registro al recibir el flanco correspondiente. Generalmente un registro actúa con el flanco positivo y el otro con el flanco negativo.

ESQUEMA DEL CIRCUITO:

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL .

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HOJA DE TRABAJO No. 3 OPERACIÓN:

ARMAR CIRCUITO DE DESPLAZAMIENTO A LA IZQUIERDA Y DERECHA.

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un registro de desplazamiento a la izquierda esta formado por flip flops tipo D; y las salidas de los flip flops anteriores están conectados a la entrada de los flip flops siguientes, de tal manera que con cada flanco los bits se desplacen hacia la izquierda; cuando el registro tiene 4 bits; después de 4 pulsos los datos se han desplazado totalmente quedando las salidas con valores cero. Un registro de desplazamiento a la derecha tiene una disposición diferente pero un funcionamiento similar; de tal forma que se desplacen los bits a la derecha.

ESQUEMA DEL CIRCUITO: CIRCUITO PARA DESPLAZAMIENTO A LA IZQUIERDA .

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HOJA DE TRABAJO No. 4 OPERACIÓN:

ARMAR CIRCUITO CONTADOR DE ANILLO

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un registro de desplazamiento a la derecha en el que la salida Q del flip flop ubicado en el lado derecho ó menos significativo; se realimenta a la entrada D del flip flop de la izquierda o mas significativo se llama contador de anillo. Un contador de anillo tiene una cantidad de estados igual al numero de flip flops y tiene un solo bit 1 y los demás bits son 0. ESQUEMA DEL CIRCUITO

ACCION CLEAR CARGA DE DATOS 1º PULSO 2º PULSO 3º PULSO 4º PULSO

Q3 0 1 0 0 0 1

Q2 0 0 1 0 0 0

Q1 0 0 0 1 0 0

Q0 0 0 0 0 1 0

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HOJA DE TRABAJO No. 5 OPERACIÓN:

ARMAR CIRCUITO CONTADOR DE JOHNSON

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un registro de desplazamiento a la derecha en el que la salida Q del flip flop ubicado en el lado derecho ó menos significativo; se realimenta a la entrada D del flip flop de la izquierda o mas significativo se llama contador de Johnson.

Un contador Johnson tiene una cantidad de estados igual al doble del número de flip flops. ESQUEMA DEL CIRCUITO

ACCION CLEAR 1º PULSO 2º PULSO 3º PULSO 4º PULSO 5º PULSO 6º PULSO 7º PULSO 8º PULSO

Q3 0 1 1 1 1 0 0 0 0

Q2 0 0 1 1 1 1 0 0 0

Q1 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Q0 0 0 0 0 1 1 1 1 0

Q0 1 1 1 1 0 0 0 0 1

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HOJA DE TRABAJO No. 6 OPERACIÓN:

CONSTRUIR Y PROBAR CIRCUITO PUNTA LOGICA

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: La punta lógica es una herramienta es sumamente útil para aquellos que trabajan en el desarrollo ó reparación de circuitos de lógicos, detectando fallas en dicho circuito. El circuito permite mostrar un Led Verde prendido cuando la punta activa esta sensando un nivel lógico bajo o cero lógico Cuando el circuito ha detectado un nivel lógico alto, se prende un Led Rojo y cuando no se detecta estos valores, vale decir esta desconectado o tiene alta impedancia, el circuito no muestra ningún Led prendido.

ESQUEMA DEL CIRCUITO: 470 74L504

PUNTA DE PRUEBA

LED VERDE

10K

LED ROJO

1K 2N3904

470 GND

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HOJA DE TRABAJO No. 7 OPERACIÓN:

SECUENCIADOR DE CONTROL DE SIETE PASOS

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Utilizando un multiplexor y decodificador diseñar un circuito que permita accionar la siguiente etapa cuando se ha concluido la anterior. ESQUEMA DEL CIRCUITO: Pulso de inicio

J

Q2

CLK RES

K

1

Q1

J

CLK

1

K

1

CLR

J

Q0

CLK

1

K

RES

1 1

RES

CLK

I0

I1

S0 S1

+5V

A2

A1

S2

A0

I2

I3

I5

I6

I7

E

Z

DECOFICADOR E 74HC138 DE 3 LINEAS A 8 LINEAS O7

I4

Multiplexor 74HC151 de 8 entradas

O0

PROCESO FISICO

ACTUADORES VALVUL A D E LL ENAD O 1 VALVUL A D E LL ENAD O 2 VALVUL A D E LL ENAD O 1 VALVUL A D E LL ENAD O 2 MEZCL ADOR ES CA LEN TADOR BOMBA

SENSORES

A1 A2

S1

S2

S1

S4

S3

S2

S5

A3

S3

M A5

A4

S4 S5

A5

A6

S5

A6

S7

S6

A7

P A7

S7

Ampl ifica do res in verso res p ara e xcitaci ón de l os actua do res

TAN QUE 1 L LEN O TAN QUE 2 L LEN O

TAN QUE 1 VACIO TAN QUE 2 VACIO TERMIN O D E TIEMPO DE ME ZC LAD O HA STA TEMPER ATU RA

TAN QUE PR IN CIPAL VAC IO

No rma lmen te la s sa li das d el se nso r BAJAS p asa ran a ALTA S p ara i nd icar qu e co nclu ye e l paso

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HOJA DE TRABAJO No. 8 OPERACIÓN: ARMAR Y PROBAR VOLTIMETRO DIGITAL CON REGISTROS

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Un voltímetro digital con memoria para almacenamiento de muchas mediciones es útil solo en casos especiales. Un voltímetro digital que permita almacenar una de las últimas lecturas o cuando mas dos últimas lecturas, se puede requerir con mayor frecuencia que la anterior. Se debe diseñar un circuito voltímetro digital que almacene una lectura a la vez, utilizando para ello registros. ESQUEMA DEL CIRCUITO: REGISTRO

REGISTRO

Visualizador

Visualizador

Decodificador/ excitador

Decodificador/ excitador

Decodificador/ excitador

Reloj Contador BCD

Contador BCD

Contador BCD

( MSD)

( MSD)

( MSD)

Convertidor de BCD a analógico F.S. = 9.99v

V

AX

Entrada Analógica VAT



+



COMP

VT = 0.1 mV

Q1

Q1

Q1

Q1

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HOJA DE TRABAJO No. 9 OPERACIÓN: ARMAR Y PROBAR VOLTIMETRO DIGITAL DE TRES DIGITOS

PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Generalmente los voltímetros tiene dos dígitos enteros y un decimal, por ello se utilizan los ADC de código BCD para tres dígitos. Se debe diseñar y armar el circuito para presentar tres dígitos decimales en el Display, por ejemplo para medir de 0 voltios a 20 voltios, con un decimal.

ESQUEMA DEL CIRCUITO:

Decodificador/ manejador y exhibidor

Decodificador/ manejador y exhibidor

Decodificador/ manejador y exhibidor

Registro de 4 bits

Registro de 4 bits

Registro de 4 bits

Reloj Contador BCD (MSD)

Contador BCD

Contador BCD (MSD)

Convertidor de BCD en F.S = 9.99V VAX

Entrada analógica VA

Para restablecer las entradas de los contadores

Q2

COMP

+ VT=0.1 mV

Q1 Os1 T

Os2 T

Q2

Q1

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HOJA DE TRABAJO No. 10 OPERACIÓN: ARMAR Y PROBAR VARIADOR DE VELOCIDAD CON INVERSOR DE GIRO PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO: Algunas aplicaciones del variador de velocidad de motor de corriente continua necesitan que el motor gire en ambos sentidos, para ello además de variar la tensión de alimentación del motor, se requiere cambiar la polaridad de la alimentación, para poder realizar el giro en sentido inverso. El circuito por lo tanto debe aceptar voltajes positivos y negativos y la etapa de potencia debe hacer circular corriente en ambos sentidos en el motor. ESQUEMA DEL CIRCUITO:

Vcc +15V

13 5 6 7 8 9 10 11 12

DAC

+15 14 5K Ω 15 2 5K Ω

+ 15V

5.030K Ω + 5V

4 16

+

MOTOR SALIDA

- 5V

0.1uF

3

- 15V VEE

+ 5V

2K

1K 1K 10K

+ 15V

+ 5V

+

MOTOR SALIDA

- 5V 1K

- 15V - 5V 155

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BIBLIOGRAFÍA

Manual de Practica de Electronica digital Electronic a Digital

Enrrique Mandado

Electronic a Digital

Ediciones CEKIT

Manual de Circ uitos integrados

Don Lancasster

Sistemas Digitales

Ronald J. Tocci

TT L Data Book Combinaciones

SIEMENS

INTEL

Memory Data Book

MOTOROLA

CMOS Data Book Secuenciales

Hecho por : Dav idGe rm án La zar teP an ta

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