Guias de laboratorio. Electrónica digital I by Publicaciones Universidad de Ibague

Universidad de Ibagué Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica

Guías de Laboratorio Electrónica Digital I

M.Sc. Ing. Luisa Fernanda Gallo Sánchez

Febrero, 2013 Ibagué Colombia

Universitarias | 1

NOTAS

ISSN2216-0302

Notas Universitarias Guías de Laboratorio Electrónica Digital I Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica Universidad de Ibagué Ibagué, Colombia. Febrero de 2013 Presidente del Consejo Superior Luis Enrique Orozco Silva Rector Alfonso Reyes Alvarado Decana de Ingeniería Gloria Piedad Barreto Bonilla © Universidad de Ibagué, 2013 ©Luisa Fernanda Gallo Sánchez, 2013 Dirección Editorial: Oficina de Publicaciones Publicaciones@unibague.edu.co Correspondencia Universidad de Ibagué, Oficina de publicaciones Calle 67, Carrera 22. AA. 487 Teléfono: +57 8 2709400 Ibagué -Tolima, Colombia. www.unibague.edu.co

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NOTAS

Luisa Fernanda Gallo Sánchez es ingeniera electrónica de la Universidad de Antioquia y master en Ingeniería Electrónica de la Universidad Central de las Villas de Cuba. Ha sido docente de tiempo completo del programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Ibagué desde 1999 y, en la actualidad, es la coordinadora del Área de Electromedicina. Pertenece al grupo de Investigación D+TEC

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NOTAS

Tabla de contenido

Presentación.......................................................................................................................5 Laboratorio N1: Manejo del simulador electrónico PROTEUS .....................................6 Laboratorio N2: Comprobación de compuertas lógicas básicas ......................................7 Laboratorio N3: Implementación de circuitos lógicos básicos .....................................11 Laboratorio N4: Funciones Multiterminales I ...............................................................13 Laboratorio N5: Funciones Multiterminales II ..............................................................15 Laboratorio N6: Funciones Multiterminales III.............................................................18 Laboratorio N7: Implementación de una función lógica ................................................... empleando decodificadores y multiplexores .............................................................20 Laboratorio N8: Aplicación de módulos combinacionales............................................22 Laboratorio N9: Aplicación de módulos MSI, conversor de teclado ............................24 Laboratorio N10: Aplicación de módulos MSI. ................................................................ Codificadores, conversores de código y multiplexores .............................................26 Laboratorio N11: Módulos Aritméticos Combinacionales I .........................................29 Laboratorio N12: Módulos Aritméticos Combinacionales II ........................................31 Laboratorio N13: Introducción a los PLDs y al WINCUPL .........................................33 Laboratorio N14: Aplicación de módulos combinacionales en PLDs ..........................34 Laboratorio N15: Diseño de un Procesador Combinacional .........................................35 Laboratorio N16: Diseño de un Secuenciador con RAM ..............................................37 Laboratorio N17: Conversor análogo a digital (ADC) ..................................................40 Formato de presentación del informe de Laboratorio .....................................................43

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NOTAS

Presentación La asignatura Electrónica digital I del programa de Ingeniería Electrónica, de la Universidad de Ibagué se encarga de diseñar sistemas digitales combinacionales y de capacitar al estudiante para que adquiera habilidades para la apropiación de las nuevas tecnologías de desarrollo de sistemas digitales. Involucra elementos teórico-prácticos y desarrolla competencias básicas disciplinares. Se centra en el diseño básico de ingeniería a partir de la lógica booleana y de sistemas combinacionales y en la programación sobre Dispositivos lógicos Programables Básicos (PLDs). La asignatura se imparte en 4 horas teóricas y 2 horas de laboratorio semanales. Estas guías han sido elaboradas con los criterios de formación para la investigación, que deben ser impartidas en las materias fundamentales del plan de estudios. Se busca que el estudiante aplique y afiance directamente los temas aprendidos durante la clase teórica y complemente estos conocimientos con investigaciones adicionales, que les permitan solucionar los problemas planteados en las guías que se desarrollan durante el laboratorio. Pretende también que el estudiante aplique los criterios de ingeniería en la solución de problemas y en la determinación de la mejor solución. El estudiante se compromete a realizar el trabajo previo que está sujeto al problema que se deba resolver y a desarrollar la práctica según el procedimiento descrito con asesoría del docente a cargo. La buena preparación de la práctica garantiza la eficiente utilización de todos los recursos. Al final de cada práctica el alumno debe entregar un informe que refleje los datos y análisis de los resultados que se soliciten en la práctica; el formato del mismo será convenido con el docente pero siempre ajustado al establecido por la Dirección de Programa. La Universidad garantiza la disponibilidad de los equipos descritos en cada práctica. El estudiante los toma en calidad de préstamo y es de su entera responsabilidad hacer un buen uso de los mismos.

En la vida hay diez clases de personas: Las que saben binario y las que no! Anónimo

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NOTAS

Laboratorio N1

Manejo del simulador electrónico PROTEUS Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivos  Familiarizar al estudiante con el manejo del simulador PROTEUS.  Realizar simulaciones, con el debido criterio.  Analizar las simulaciones.

1. Tarea Previa Consulte las características del simulador PROTEUS

para simulación de circuitos digitales y

herramientas con las que cuenta. (Puede encontrarlas en el CD de instalación, página WEB o en tutoriales de libre distribución en Internet.)

2. Procedimiento 

En el laboratorio se explicaran las diferentes herramientas con que cuenta el simulador.



A cada grupo se le asignará una tarea, para que sea desarrollada durante el laboratorio.



El estudiante debe entregar el archivo con la simulación solicitada, al final del laboratorio, donde incluya el nombre de los integrantes del grupo.



Entregar un archivo con la simulación realizada y su respectivo análisis.

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Laboratorio N2

Comprobación de compuertas lógicas básicas Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivos 

Polarizar y a verificar la tabla de verdad de algunos de los dispositivos que serán usados durante el semestre.



Realizar el montaje y comprobación de diversas funciones lógicas utilizando compuertas AND, OR, NOT y NAND.



Reconocer la importancia de las características eléctricas de las compuertas.

Materiales  Multímetro.  Fuente.  Osciloscopio  Compuertas varias (una open collector, una schmitttriggery una tri-state; para ello se debe revisar el manual de Texas e identificar qué número de integrado tiene cada una de esas características).  Resistencias.  Se aconseja emplear este tipo de DIP SWITCH.

 Leds.

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1. Tarea Previa 

¿En qué consiste la salida OPEN COLLECTOR de una compuerta? ¿Cuál es su diferencia con una salida normal?, ¿Cómo se realiza la conexión de este tipo de integrados?. Buscar circuitos de aplicación y, dentro de estos, uno que permita chequear su funcionamiento como open collector.



¿A qué se refiere el término SCHMITT TRIGGER mencionado en algunas compuertas? Buscar circuitos de aplicación y, entre ellos, uno que permita demostrar la forma como funciona una compuerta con estas características.



¿A qué se refiere el término TRI-STATE? Buscar circuitos de aplicación. ¿Cómo se puede verificar el tercer estado? Esta verificación se le debe hacer a la docente.



¿Qué es el fan-in y el fan-out de una compuerta?.



Para la compuerta NAND 74LS00, busque en el datasheet los niveles lógicos de entrada y de salida (VILmax, VIHmin, VOLmax, VOHmin ). ¿Qué significan estos datos?

2. Procedimiento

2.1. Monte el siguiente circuito:

Característica

POT

Medidas

VILmax VIHmin VOLmax

VOHmin

Familia lógica y numeración:

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Datasheet

Utilizando el potenciómetro y midiendo tanto la entrada como la salida de la compuerta, determine los umbrales de entrada y salida. Para esto, vaya subiendo el voltaje en la entrada a partir de 0V y, cuando la salida cambie de estado, consigne el valor en la tabla (¿VIHmin o VILmax?). Ahora, baje la entrada desde 5V. Cuando cambie de valor, consígnelo en la tabla (¿VIHmin o VILmax?). Una vez medidos, compárelos con los valores consultados en los data sheets. ¿Se cumplen?

2.2. Compare el resultado anterior (2.1), con el siguiente montaje y concluya.

Tomado de C. Baena, J. I. Escudero, Mª P. Parra y M. Valencia. Introducción al laboratorio de electrónica digital.Sevilla, Septiembre de 2008.http://www.dte.us.es/docencia/etsii/ii/ec/doc/laboratorio/9L3Manual

2.3. Seleccionar un tipo de compuerta que sea open collector y chequear su funcionamiento. Para ello, el estudiante debe implementar un circuito que permita la comprobación de la característica propia de esta clase de compuertas. 2.4. Seleccionar una compuerta tri-statey chequear su funcionamiento, a partir del circuito consultado. 2.5. Seleccionar una compuerta SCHMITT TRIGGER y chequear su funcionamiento

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3. Informe 

Redactar un informe donde se incluyan todos los ítems de la tarea previa.



Describir el procedimiento que se siguió para comprobar cada una de las tablas de funcionamiento de las compuertas y los circuitos que empleó para comprobar el funcionamiento de cada tipo de compuerta.



Anexe todas las gráficas de simulación solicitadas con su respectivo análisis, como se explicó en el laboratorio anterior.



Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

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Laboratorio N3

Implementación de circuitos lógicos básicos Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivos 

Diseñar circuitos lógicos sencillos.



Familiarizar al estudiante con las técnicas de alambrado.



Aplicar las técnicas de simplificación de funciones a partir de teoremas.



Familiarizar al estudiante con el manejo de PROTEUS, en la simulación de funciones lógicas.

Materiales (Suministrados por el estudiante) 

Multímetro



Fuente



Compuertas varias, según diseño.



Resistencias



Leds

Procedimiento Realizar el diseño del circuito simplificado, que cumpla con la función lógica y comprobar la tabla de verdad. A cada grupo se le asignará una función lógica que debe diseñar e implementar, aplicando teoremas del álgebra de Boole. a. Y(a,b,c,d,e)=∑(0,1,2,3,5,6,7,8,9,10,11,14,15,16,18,19,20,21,22,23,24,30) b. Y(a,b,c,d,e)= ∑ (1,3,4,5,6,9,11,12,13,14,15,16,17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31) c. Y(a,b,c,d,e)= ∑ (4,5,6,7,8,11,12,13,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29)

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d. Y(a,b,c,d,e)= ∑ (0,2,4,6,7,8,9,10,11,12,13,18,19,20,21,22,23,24,25,26,29,30,31) e. Y(a,b,c,d,e)= ∑ (1,3,5,7,9,11,12,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29) 

Simplificar aplicando teoremas.



Realizar la simulación en PROTEUS.



Realizar el montaje práctico con compuertas (AND, OR y NOT)



Comprobar la tabla de verdad.

Informe Entregue el informe impreso y en formato digital, el mismo día del laboratorio, al finalizar de la sesión. El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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Laboratorio N4

Funciones Multiterminales I

Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivo 

Adquirir habilidades en la solución de problemas de aplicación en la vida real y en el diseño y montaje de circuitos lógicos combinacionales multiterminales, empleando álgebra de Boole.

Materiales (Suministrados por el estudiante) 

Compuertas según el diseño



Fuente



Leds



DipSwitch

Introducción Un circuito combinacional multiterminal transforma información binaria de entrada a los datos de salida requeridos. Estos circuitos se emplean en sistemas digitales, para generar decisiones de control binario o para proporcionar funciones digitales que se requieren en el procesamiento de datos. El circuito combinacional puede describirse por medio de una tabla de verdad que muestre las relaciones binarias entre las n variables de entrada y las m variables de salida, de la siguiente forma:

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ENTRADAS Xi Xn-1

...

SALIDAS Zi X1

Zm-1

...

0 1 ... 2n-1

Procedimiento Realizar la tabla de verdad que dé solución al problema expuesto a continuación. Escribir todas las posibles funciones de conmutación y simplificar empleando los teoremas del álgebra de Boole.

Problema de Diseño Diseñar un circuito constituido por 4 pulsadores (A, B,C,D) y 3 lámparas indicadoras (L1, L2, L3). El circuito debe cumplir las siguientes condiciones de funcionamiento: 

L1 se activará si se oprimen sólo 2 pulsadores no consecutivos.



L2 se activará si se oprimen sólo 2 pulsadores consecutivos.



L3 se activará si se oprimen 3 pulsadores.



L3 Y L2 se activarán, si se oprimen4 pulsadores.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa, el mismo día del laboratorio al finalizar de la sesión. El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar. No olvide el análisis de las simulaciones. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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Laboratorio N5

Funciones Multiterminales II

Tiempo: 1 sesión de laboratorio

OBJETIVOS 

Adquirir habilidades en la solución de problemas de aplicación en la vida real y en el diseño y montaje de circuitos lógicos combinacionales multiterminales.



Emplear los métodos de simplificación de funciones.

Materiales (Suministrados por el estudiante) 

Compuertas y componentes según el diseño



Fuente

Procedimiento Realizar la tabla de verdad que da solución al problema expuesto a continuación; escribir todas las posibles funciones de conmutación y simplificar empleando los diferentes métodos aprendidos. Tener en cuenta las expresiones normalizadas, como suma de productos y como producto de sumas y los equivalentes NAND y NOR del circuito. Realizar un análisis de cuál es el circuito ideal para implementar (MEJOR ALTERNATIVA DE DISEÑO).

Problema de diseño Un sistema de tráfico, que se emplea para controlar el acceso de vehículos desde una vía secundaria a una autopista, presenta las siguientes especificaciones: 

Existen 3 carriles en la vía secundaria, cada uno con luz propia de parada (rojo) o acceso libre (verde).

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NOTAS



El carril central tiene prioridad (en verde) sobre los otros dos. Si no hay vehículo en el carril central, pero sí en uno de los carriles laterales, se aplicará un esquema denominado “round robin” (método para seleccionar todos los elementos en un grupo de manera equitativa y en un orden racional. Es desarrollar un secuencia para tomar turnos, en este caso para alternar entre izquierdo y derecho.) a estos carriles, de forma que la luz verde se alternará entre uno y otro (izquierdo y derecho).

Debe diseñarse la parte del controlador que determina cuál de las luces es verde (en lugar de roja). Las especificaciones del controlador son:

Entradas: SC- sensor de vehículo en el carril central (hay vehículo 1, no hay 0) SI- sensor de vehículo en el carril izquierdo (hay vehículo 1, no hay 0) SD- sensor de vehículo en el carril derecho (hay vehículo 1, no hay 0) RR- Señal de “round robin” (izquierdo 1, derecho 0) Salidas: LC- Luz del carril central (verde 1, roja 0) LI- Luz del carril izquierdo (verde 1, roja 0) LD- Luz del carril derecho (verde 1, roja 0)

Diagrama básico del sistema a diseñar

Funcionamiento 1. Si hay un vehículo en el carril central LC es 1. 2. Si no hay vehículos en el carril central ni en el derecho entonces LI es 1. 3. Si no hay vehículos en el carril central ni en el izquierdo, pero lo hay en el derecho, entonces LD es 1.

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4. Si no hay vehículos en el carril central pero los hay en los dos carriles laterales, entonces si RR es 1 será LI = 1. 5. Si no hay vehículos en el carril central pero los hay en los dos carriles laterales, entonces si RR es 0 será LD = 1. 6. Si LC, LI o LD no se han especificado en 1 en alguno de los puntos anteriores, entonces vale 0.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa el mismo día del laboratorio, al finalizar la sesión. El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. No olvide el análisis de las simulaciones Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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Laboratorio N6

Funciones Multiterminales III Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivo 

Adquirir habilidades en el diseño y montaje de circuitos lógicos combinacionales multiterminales usando los métodos de simplificación.

Materiales (suministrados por el estudiante) 

Fuente de voltaje regulada (5 v)



Multímetro.



Protoboard.



Circuitos integrados según su diseño.



Display de siete segmentos.

Problema Diseñe un conversor de código Binario a BCD o de Binario al código Hexadecimal, visualizando los números en un display de siete segmentos, de acuerdo a una línea de selección (S), de manera que cuando la selección sea 0, se observe el código BCD (del 0 al 9) y cuando sea 1, se observen los números del 0 al 9 y adicionalmente las letras A,b,C,d, E y F.

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Diagrama de bloques del diseño

Procedimiento a. Diseñe el conversor de código simplificado al máximo (mínimo # de CI). b. Busque todas las alternativas de diseño. Incluya la representación de la función en términos de NAND y en términos de NOR) y escoja, justificando, la que sea más conveniente de implementar. c. Busque en el manual las características del display y de los CIs que va a emplear. d. Una vez tenga el diseño y haya simplificado al máximo, realice la simulación, utilizando Proteus. e. Monte el circuito diseñado y compruébelo.

En la primera sesión se debe entregar la simulación del circuito óptimo y el avance en el circuito alambrado. En la segunda sesión se debe entregar el circuito funcionando y el informe completo.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa el mismo día del laboratorio, al finalizar éste (segunda sesión). Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido y la simulación analizada. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito que debe estar completamente alambrado.

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Laboratorio N7

Implementación de una función lógica empleando decodificadores y multiplexores

Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivo 

Comprender el funcionamiento lógico de los circuitos decodificadores y comprobar su funcionamiento implementando una función lógica.

Materiales (suministrados por el estudiante) 

Compuertas según las necesidades del diseño.



Módulos MSI.



Fuente

Tarea Previa - Realice el diseño correspondiente a su grupo con el mínimo # de CI. - Busque en el manual, las características del decodificador a utilizar. - Una vez tenga el diseño, realice la simulación en Proteus.

Procedimiento A cada grupo de estudiantes se le asignará una función lógica de 4 variables para que la implemente, utilizando: a. Decodificadores 74LS139. b. Un MUX74151.

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NOTAS

Es muy importante la consideración del aspecto económico; recuerde que el costo es menor cuando se optimiza el diseño para usar el mínimo de componentes.

Diagrama de bloques del diseño

FUNCIONES A ASIGNAR 1. f (A,B,C,D,E) =  (1,2,5,8,10,12,13,14,15,20,21,22,23,28,29,30,31) + (3,4,6,11,16,17) 2. f (A,B,C,D,E) =  (1,2,5,7,8,9,11,12,13,15,16,20,21,22,23,28,29,30,31) + (3,4,6,13,14) 3.f ( A,B,C,D,E) =  (0,3,5,8,10,12,13,15,16,20,21,22,23,28,29,30) + (1,4,6,11,14,27,31) 4. f(A,B,C,D,E) =  (1,2,5,8,9,10,12,14,16,17,20,21,23,24,28,29,30,31) + (3,4,6,7,11,13) 5. f(A,B,C,D,E) =  (0,1,2,5,8,9,10,12,13,14,16,17,20,21,22,23,24,27,28,29,31) + (3,4,6,7,11,30) 6. f(A,B,C,D,E) =  (1,3,5,8,9,10,12,14,15,16,17,20,21,23,24,28,29,30,31) + (2,4,6,7,11,13,27) 7. f(A,B,C,D,E) =  (1,2,5,8,9,11,12,14,16,17,20,21,24,23,28,29,30,31) + (3,4,6,7,10,13,18,19) 8. f(A,B,C,D,E) =  (1,2,3,5,8,9,11,12,14,16,17,20,21,23,24,28,29,30,31) + (0,4,6,7,10,18,19)

En la primera sesión se debe entregar la simulación del circuito óptimo con Mux y Decos y el avance en el circuito alambrado. En la segunda sesión se deben entregar los dos circuitos funcionando y el informe completo.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa el mismo día del laboratorio, al finalizar la sesión. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N8

Aplicación de módulos combinacionales Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivos 

Comprender el funcionamiento lógico de los circuitos decodificadores.



Realizar diseños simples a partir de decodificadores.

Equipos y materiales 

Compuertas y componentes según las necesidades del diseño.



Módulos MSI.



Transistores y resistencias.



Fuente

Problema Diseñar un sistema digital capaz de controlar 3 dispositivos (Una fotorresistencia que active un led cuando haya oscuridad, un zumbador (buzzer) que suene de manera intermitente cada segundo y un motor dc), de acuerdo con la siguiente tabla.

S1S0

FUNCION

0 0

Se activa el led

0 1

Se activa el motor DC (5V)

1 0

Se activa el buzzer, cada segundo

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NOTAS

Se deben tener en cuenta los dispositivos y protecciones necesarias, para poder realizar la conexión de los circuitos integrados a los dispositivos que se requiere activar. Se evaluará la optimización de cantidad de componentes en el diseño.

Informe Entregue el informe junto con la simulación el mismo día del laboratorio, al finalizar la sesión. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N°9

Aplicación de módulos MSI conversor de teclado Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivo 

Diseñar e implementar una aplicación práctica de los módulos MSI.

Equipos y materiales 

Compuertas según las necesidades del diseño.



Módulos MSI según diseño



Teclado según diseño.

Problema Se requiere construir un circuito electrónico que permita visualizar en un display de 7 segmentos, al menos, los números de 0 a 9 correspondientes a las teclas oprimidas en un teclado así:

MÓDULOS MSI y Circuitos adicionales

Diagrama de bloques del diseño

Si no existe ninguna tecla oprimida, el display debe estar totalmente apagado. Se evaluará la optimización de cantidad de componentes en el diseño. Tarea Previa

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NOTAS

Consulte los tipos de teclados disponibles en el mercado y los diferentes módulos MSI que podría utilizar para desarrollar la práctica. Tenga en cuenta que el mercado local es relativamente reducido. Por tal motivo, es posible que necesite consultar con distribuidores en otras ciudades. Utilice catálogos y manuales para determinar qué módulos MSI y qué tipos de teclado puede utilizar para llevar a cabo la práctica teniendo en cuenta factores como sencillez del diseño, costos, etc.

Procedimiento Desarrolle el circuito diseñado y preséntelo funcionando en el laboratorio junto con el informe.

Nota: Es importante conservar el diseño de esta práctica ya que puede ser, en parte o totalmente, utilizada en prácticas y proyectos posteriores.

Informe El informe debe incluir la investigación realizada en la tarea previa incluyendo tipos de teclados, costos y ubicación de los distribuidores. Además, debe sustentar su diseño con base en

las

características mencionadas anteriormente y las que usted considere necesarias. Incluya por lo menos 2 de ellos en las alternativas de solución del informe final, teniendo en cuenta tipos de teclados y posibles módulos para su control. Entregue el informe junto con la simulación el mismo día del laboratorio, al finalizar la sesión. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido.

Nota importante: La hora del laboratorio es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

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NOTAS

Laboratorio N°10

Aplicación de módulos MSI. Codificadores, conversores de código y multiplexores

Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivo: Diseñar e implementar una aplicación práctica de los módulos MSI.

Equipos y Materiales 

Compuertas y componentes según las necesidades del diseño.



Módulos MSI según diseño.

Problema Diseñar un circuito digital que permita ayudar en el sistema de seguridad de una empresa que requiere del monitoreo del estado (abierta o cerrada) de 8 puertas, P0 a P7. Estas puertas poseen un sensor que se activa (en alto) cada vez que la puerta está abierta. El vigilante mediante tres dipswitch (el vigilante conoce el código binario), va generando el código binario y cada vez que genera un código, se visualiza en un display de 7 segmentos el número de la puerta que se está verificando. Mediante unos leds (LED_0 hasta LED_7), se verificará el estado de la puerta (led encendido: puerta abierta, led apagado: puerta cerrada).

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NOTAS

Diagrama de bloques del diseño

Por ejemplo si el vigilante coloca el código CBA = 001, y el sensor de la puerta 1 está en cero, indicando que la puerta, está cerrada, entonces el LED_1 estará apagado y en el display se visualizará el número 1.

Puerta 1 Cerrada

Pero si el vigilante coloca el código CBA = 001, y el sensor de la puerta 1 está en uno, indicando que la puerta está abierta, entonces el LED_1 estará encendido y en el display se visualizará el número 1.

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NOTAS

Puerta 1 Abierta

Procedimiento

Diseñe un circuito digital, a partir de módulos combinacionales, que solucione el problema. Para ello se debe tener en cuenta la utilización de la menor cantidad de componentes. Realice la simulación del circuito diseñado en Proteus. Monte el circuito.

Este informe debe incluir las cotizaciones y los costos reales que tendrían el diseño y montaje en una empresa. Adicionalmente considerar el diseño para que no se requiera de un vigilante que genere el código binario.

Informe Entregue el informe junto con la simulación el mismo día del laboratorio, al finalizar éste. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio, es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N11

Módulos Aritméticos Combinacionales I Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivo: Diseñar

circuitos que cumplan con funciones aritméticas a partir de módulos

combinacionales.

Equipos y Materiales 

Compuertas y componentes según las necesidades del diseño.



Módulos MSI.



Fuente



Displays

Problema Diseñar un circuito capaz de realizar la suma de dos números BCD (A y B), y entregue el resultado en dos displays de 7 segmentos. Dentro de las alternativas de solución, contemplar la posibilidad de realizarlo a partir de solomódulos MSI y diseñando parte del circuito empleando compuertas.

Diagrama de bloques del diseño

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NOTAS

Se evaluará la optimización de cantidad de componentes en el diseño. Procedimiento 1 Sesión: Entregar simulación completa en Proteus y comenzar a alambrar el circuito.

2 Sesión: Entregar el circuito alambrado funcionando y el informe correspondiente.

Nota importante: La hora del laboratorio, es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N12

Módulos Aritméticos Combinacionales II Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivo: Diseñar

circuitos que cumplan con funciones aritméticas a partir de módulos

combinacionales.

Equipos Materiales 

Compuertas y componentes según las necesidades del diseño.



Módulos MSI.



Fuente



Displays

Problema Diseñe un circuito capaz de detectar entre 3 números BCD, el mayor, indicando con leds de colores si A, B o C es el mayor, o si los tres sin iguales. Adicionalmente, se debe visualizar en un display el valor del número mayor.

Diagrama de bloques del diseño

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NOTAS

A continuación se muestra un ejemplo del funcionamiento

Se evaluará la optimización de cantidad de componentes en el diseño.

Procedimiento 1 Sesión: Entregar simulación completa en Proteus y comenzar a alambrar el circuito.

2 Sesión: Entregar el circuito alambrado funcionando y el informe correspondiente.

Nota importante: La hora del laboratorio, es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N13

Introducción a los PLDs y al WINCUPL

Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivos 

Conocer el software de simulación para el diseño con PLDs.



Manejar el programador para programación de PLDs.



Aplicar los conocimientos de módulos combinacionales en la programación sobre PLDs sencillos.

Equipos y Materiales: PC con WINCUPL (versión estudiantil) y PROTEUS

Procedimiento Diseñe en un PLD, un CONVERSOR BCD/7SEGMENTOS, para un display de ánodo común (para ello, intente conservar al nombre de los pines de los integrados comerciales), utilizando el WINCUPL. Verificar el funcionamiento, a partir de la simulación del código desarrollado sobre la GAL22V10 de Proteus a partir del archivo .jed.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa el mismo día del laboratorio, al finalizar éste. El informe debe incluir los pasos que se siguieron en el diseño e implementación del problema. Además debe incluir el CD con los archivos .pld, y los que genera el Wincupl luego de la compilación y simulación. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

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NOTAS

Laboratorio N14

Aplicación de módulos combinacionales en PLDs Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivo: Aplicar los conocimientos de módulos combinacionales en la programación sobre PLDs sencillos.

Equipos y Materiales: PC con WINCUPL (versión estudiantil) y PROTEUS

Problema Diseñe en un PLD, un sumador de dos números de 3 bits y visualice el resultado en 2 displays, utilizando el WINCUPL. El diseño debe realizarse de manera jerárquica, es decir, a partir de módulos pequeños que se interconectan para lograr el módulo deseado más grande. Para esto, se deben diseñar los módulosaritméticos básicos (Full adder), determinando la función lógica para ellos. Y luego el circuito que conecte varios de los full adder diseñados para lograr el Sumador de 3 bits solicitado. Diseñe en WINCUPL y cargue el archivo .jed en el simulador PROTEUS, junto con el circuito completo. Solo se puede emplear una GAL.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa, el mismo día del laboratorio al finalizar éste. El informe debe incluir los pasos que se siguieron en el diseño e implementación del problema. Además debe incluir el CD con los archivos .pld y los que generan el wincupl y el archivo de proteus. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento

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NOTAS

Laboratorio N15

Diseño de un Procesador Combinacional Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivos 

Familiarizar al estudiante con el diseño de Sistemas Digitales que realicen operaciones logicas y aritmeticas.



Implementar diseños de WINCUPL empleando la herramienta de PROTEUS para simular PLDs.

Equipos Y Materiales: PC con WINCUPL (versión estudiantil) y PROTEUS

Procedimiento Diseñar una ALU de 4 bits combinacional que cumpla con las siguientes caracteristicas:

A. Existen unas lineas de selección que determinan si se realiza una resta, una suma, o una de las siguientes funciones lógicas(revisar cual le corresponde a su grupo).

S1 S0

operacion

X+Y

X-Y

Fun lógica 1

Fun lógica 2

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NOTAS

Aritmética

Lógica

B. Función lógica que le corresponde a cada grupo:

1. NAND y NOR

2. AND y OR

3. XOR y NOT

4. NOR y NAND

5. EXOR y NOR

6. NAND y EXOR

7. NEXOR y OR

8. NOT y EXOR

9. AND Y NEXOR

10.NOR Y NEXOR

C. La resta debe de realizarse en C´2(complemento a dos) y se debe tener en cuenta cuando X<Y o X>Y y un bit que permita conocer si el resultado de la resta es negativo o positivo.

Se le dará una nota adicional al equipo que muestre la visualización de las respuestas en Displays.

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa el mismo día del laboratorio, al finalizar éste, DONDE INCLUYA LAS SIMULACIONES EN PROTEUS CON SU RESPECTIVO ANÁLISIS.

Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento

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Laboratorio N16

Diseño de un Secuenciador con RAM Tiempo: 2 sesiones de laboratorio

Objetivo 

Familiarizar al estudiante con el diseño sobre memorias.

Equipos Y Materiales 

C con WINCUPL (versión estudiantil) y PROTEUS

Procedimiento 

Estudiar detalladamente el proceso de programación de el proceso de escritura de una memoria RAM.



Consulte como conectar un contador decadal de 4 bits.



Para barrer las posiciones de la memoria, emplee un contador binario de 4 bits.



Empleando una memoria RAM (7489 o similar), diseñar un circuito capaz de generar una secuencia lumiosa(leds) como se muestra en la tabla.

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NOTAS

1000 0100 0010 0001 0010 0100 1000 0000 1111 0000 1100 1110 1111 1110 1100 1000 Tabla de la seuencia a generar

Diagrama de bloques del dise単o

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NOTAS

Observar el video disponible en: http://www.youtube.com/watch?v=_trwdTvtuVI

Informe Entregue el informe junto con la tarea previa, el mismo día del laboratorio al finalizar éste. Incluya las posibles alternativas y la justificación del diseño escogido. El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar. Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

Nota importante: La hora del laboratorio, es solo para hacer el chequeo del circuito, que debe estar completamente alambrado.

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NOTAS

Laboratorio N17

Conversor análogo a digital (ADC)

Tiempo: 1 sesión de laboratorio

Objetivo 

Familiarizar al estudiante con los converores de señal Análoga a Señal Digital ADC0804

Equipos y Materiales 

PC con PROTEUS

Procedimiento Realizar en Proteus, el esquemático que se prenenta a continuación. Una vez verificado que el esquemático simula, realizar el siguiente chequeo para verificar como funciona un conversor ADC: 

La señal ESCRITURA, es una señal cuadrada de 5Khz, con un dutty cycle del 90% del tiempo en alto y salida TTL (5V).



Ajuste el voltaje del pin Vref/2, a opartir del potenciometro POT2 hasta llegar a 2.5V (la mitad del voltaje de polarización).



Ajuste el potenciómetro POT1, para que el pin Vin tenga un voltaje equivalante al 99% del voltaje de polarización.



Mueva el potenciómetro POT2, hasta que la salida del ADC cambie de 1111 1110 a 1111 1111



Que parámetro se puede calcular al realizar este procedimiento?

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NOTAS



Mueva el Potenciometro POT1 en todo el rango de variación y construya una tabla con 10 valores (bien distribuidos), para corroborar la correspondencia entre el voltaje analógico y la salida digital.



Implemente en Proteus una aplicación para este conversor.



Realice sus propias conclusiones respecto al funcionamiento del conversor ADC.

Informe 

Entregue el informe junto con la tarea previa, el mismo día del laboratorio al finalizar éste.



El informe debe incluir sus conclusiones personales acerca de la práctica que acaba de realizar.



Siga las normas para presentación de laboratorios que se indicaron durante la primera clase y que aparecen al final de este documento.

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NOTAS

Conversor Anรกlogo a digital

NOTAS

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Formato de presentación del informe de Laboratorio

Electrónica Digital I

Encabezado: Número del Laboratorio, Nombre del Laboratorio Fecha de entrega

1. Objetivos 2. Materiales empleados 3. Alternativas de solución 4. Justificación de la solución escogida y circuito final implementado 5. Solución a las preguntas (si las hay) 6. Simulaciones y análisis de las simulaciones 7. Conclusiones (observaciones personales acerca de la experiencia al haber realizado su laboratorio) 8. Bibliografía

Notas Recuerde que la presentación del informe se hace en el momento de entregar el circuito en funcionamiento. El circuito debe estar completamente alambrado al llegar a la sesión de laboratorio y solo se emplea este tiempo para realizar cambios de último momento.

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NOTAS

Recomendaciones generales sobre el informe escrito: - Redactar un informe, donde se incluyan todos los ítems de la tarea previa, incluyendo los archivos en copia digital e impresa. - Incluir en el informe: planteamiento del problema, posibles soluciones. - Justificar la solución escogida, procedimiento de diseño y diagramas esquemáticos, de bloque o de flujo según se requiera en cada diseño. - Anexar todas las gráficas de simulación requeridas analizadas; los gráficos, para que adquieran sentido, deben tener sus comentarios personales referentes a lo que puede observarse en este. - Incluir sus conclusiones acerca de la práctica. - Se debe entregar impreso y un CD con las simulaciones.

Nota importante: Los circuitos deben estar completamente alambrados para la hora del laboratorio; la presentación del cableado debe estar organizada. El no cumplimiento de alguna de estas normas tendrá un descuento de 0,5 en la nota final de la práctica.

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