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Universidad de El Salvador Facultad de Ingeniería y Arquitectura Escuela de Ingeniería Eléctrica

Sistemas Digitales 215

Tarea 4: “Reloj Digital con circuitos MSI”

Estudiantes: Larín García Vladimir Humberto Moran Gil Kevin Giovanni

LG10041 MG110312

San Salvador, Ciudad universitaria 2015

Índice

1. Introducción………………………………………….………..2 2. Objetivos………………………………………….……...……3 3. Marco Teórico…………………………………….……...…4-5 4. Desarrollo de los Circuitos………………………….…....6-9 5. Observaciones…………………………………………….…10 6. Conclusiones...………………….…………………...………11 7. Bibliografía………………………………………...…………12

1. Introducción

1

En este trabajo se construye un reloj digital con formato de 24 horas. Primero se simulara en TINA, construyendo con código VHDL los elementos que se vayan a ocupar. Cuando se tenga certeza de que la solución pensada es correcta, se buscara en el mercado local los elementos que cumplan las funciones requeridas. Luego, se volverá probar en TINA, pero esta vez con los bloques que ya están preestablecidos en él. Por último, se compraran los elementos y se procederá a montar el reloj en una placa de pruebas.

2. Objetivos 

Implementar un reloj digital 2



Desarrollar el diseño en dispositivos en VHDL



Continuar con el aprendizaje del montaje real de circuitos con elementos disponibles en el mercado.

3. Marco Teórico Contadores En electrónica digital,

Un contador (en inglés, counter)

es

un circuito

secuencial construido a partir de biestables y puertas lógicas capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cómputo se realiza en 3

un código

binario,

que

con

frecuencia

será

el binario

natural o

el BCD

natural (contador de décadas).

La clasificación de los contadores de circuito secuencial es: 

Según la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de contadores síncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no es común y los biestables conmutan uno tras otro).



Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes y UP-DOWN (ascendentes o descendentes según la señal de control).



Según la cantidad de números que pueden contar, se puede hablar de contadores binarios de n bits (cuentan todos los números posibles de n bits, desde 0 hasta ), contadores BCD (cuentan del 0 al 9) y contadores Módulo N (cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto).

El número máximo de estados por los que pasa un contador se denomina módulo del contador. Este número viene determinado por la expresión 2^n donde n indica el número de bits del contador. Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir un circuito combinacional.

Visualizador de siete segmentos El visualizador de siete segmentos (llamado también display por calco del inglés, aunque no recomendado en español1 2 ) es una forma de representar números en equipos electrónicos. Está compuesto de siete segmentos que se pueden encender o apagar individualmente. Cada segmento tiene la forma de una pequeña línea. Se podría comparar a escribir números con cerillas o fósforos de madera.

4

IC NE555 El temporizador IC 555 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop. Sus derivados proporcionan hasta cuatro circuitos de sincronización en un solo paquete. Introducido en 1971 por Signetics, el 555 sigue siendo de uso generalizado debido a su facilidad de uso, precio bajo y la estabilidad. Lo fabrican muchas empresas en bipolares y también en CMOS de baja potencia. A partir de 2003, se estimaba que mil millones de unidades se fabricaban cada año.

5

4. Desarrollo de los Circuitos ASIGNACION Desarrollar, simular y montar en una placa de pruebas un reloj digital con formato de 24 horas. Se deberá poder establecer la hora con pulsadores. Se tendrán pulsadores individuales para la hora, minutos y segundos. Desarrollo Se implementa un reloj digital con los conocimientos obtenidos de compuertas lógicas y contadores a continuación se presentan los elementos empleados que contienen dichas compuertas y el contador mod 10 utilizado. Esos elementos son: 1234-

El 74LS90, como contador de décadas El 74LS08 como compuerta y El 74LS48 como decodificar de BCD a 7 segmentos. También se compraran display de 7 segmentos cátodo común

Ya se cuenta con otros elementos que no están en la lista (pulsadores, NE555, entre otros). La tabla con los materiales que se compraron y sus precios se muestran a continuación. ITEM 1 2 3 4 Descuento 0,25 (25%)

CODIGO LED-D561C 74LS48 74LS90 74LS08

CANTIDAD 5 5 6 1

P.U. [$] 1.00 1.78 1.50 1.22

P.T. [$] 5.00 8.90 9.00 1.22

Total. sin descuento $24.12

Total descontado $6.03

Total con descuento $18.09

El diagrama del circuito de reloj utilizado también se muestra a continuación. Este sustituirá el cristal usado en la simulación.

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Antes de comenzar a armar el circuito en una placa de pruebas, se volvió a simular el circuito, pero ahora con los modelos que TINA ofrece, además de incorporar el circuito del pulso de reloj. En la imagen se ven 7447, que son controladores para visualizadores de 7 segmentos de ánodo común. Eso es porque en TINA ese modelo de display es único que se encuentra.

Cabe mencionar que para ajustar la el tiempo, se usaron pulsadores normalmente abiertos con resistencias Pull Up. Cada pulsador iba en paralelo con un capacitor de 1 [μF]. También a la salida del NE555 se puso un capacitor de la misma capacidad. Además se agregó un capacitor de 0.1 [μF] entre 0 [V] y 5 [V]. El circuito que se armó para evitar el rebote fue el siguiente pero no fue 100% efectivo.

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Al final, la tabla con todos los elementos usados es la siguiente. Íte m

Nombre

1

IC NE555 + elementos externos pasivos del circuito de reloj (CLK)

2

IC 7448

3

IC 7490

4

IC 7408

5

IC 7432

6

IC 7414

7

C561

8

Pulsador

9 10 11

Capacitor [1 μF ] Capacitor [0.1 μF] Resistores [10 kΩ]

12

Resistores [470 Ω]

Descripción El circuito que sirvió, de cuyos elementos el más importante era el IC NE555 como el tren de pulsos. Se trabajó a 1 [Hz]. Decodificador de BCD (8421) a código de un visualizador de 7 segmentos cátodo común. Contador de décadas en binario natural del 0 al 9 activado por flanco de bajada. Cuatro compuertas “y lógica” de dos entradas. Cuatro compuertas “o inclusiva” lógicas de dos entradas. Seis inversores (no lógico) con tecnología Schmitt Trgger. Visualizador de siete segmentos cátodo común con punto. Color rojo. Pulsadores de un polo y un tiro normalmente abiertos. Capacitor electrolítico. Capacitor cerámico. Resistores para los pulsadores. Resistores para los display de 7 segmentos. 8

Cantida d 1

6

6 1 1 1 6 2 3 1 2 6

Por último, se procedió a montar todo el sistema en una placa de pruebas. Todo el circuito se muestra en la siguiente imagen. Otros elementos que se implementaron que valen la pena mencionar, son: un capacitor para contrarrestar el rebote y 6 resistores para los display de 7 segmentos.

9

5. Observaciones



Nuevamente, hay que recalcar la importancia de probar en computadora (simular) los circuitos antes de armarlos. Esto muchas veces significara un ahorro considerable de tiempo y dolores de cabeza.



De ahora en adelante, el fenómeno conocido como “rebote”, deberá ser tomado en cuenta. El uso de interruptores como pulsadores obliga a prevenirlo con capacitores, como una solución sencilla o ayuda, pero la solución más efectiva y elegante es el uso de inversores son Schmitt Trigger, como el 7414 con ayuda de capacitores de 1 [μF].



A pesar de las medidas tomadas, el problema del rebote no pudo ser solucionado en su totalidad, lo cual impulsa a buscar medidas aún más efectivas contra el fenómeno.

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6. Conclusiones



Existen sistemas o aplicaciones los cuales muy difícilmente se podrían crear con una lógica puramente combinacional. Con la lógica secuencial se abren muchas puertas. El caso de un reloj digital con formato 24 horas como el creado en este trabajo es solo un ejemplo.



Es de suma importancia tomar medidas para prevenir el rebote. Y solo hasta estar seguro de que el sistema funciona perfectamente, presentarlo como finalizado.

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7. Bibliografía

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Contador.

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Visualizador_de_siete_segmentos

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555.

[4] VHDL El arte de programar sistemas digitales. Primera edición.

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