Informe de Laboratorio #5

LABORATORIO DE ANALISIS Y DISEO DE CIRCUITOS DIGITALESRegistro y ContadoresGrabacin y Lectura de un EPROMConvertidores A/D y D/A

Registro y Contadores

Objetivos- Comprobar el funcionamiento de los registros y contadores

Fundamento Terico

Unregistro de desplazamientoes uncircuito digitalsecuencial (es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consistente en una serie debiestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada, que basculan de forma sincrnica con la misma seal de reloj. Segn las conexiones entre los biestables, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la informacin almacenada. Es de sealar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales, que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, adems de bidireccionales permiten la carga en paralelo.Tipos de registros de desplazamientoDependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como: Serie-Serie: slo la entrada del primer flip-flop y la salida del ltimo son accesibles externamente. Se emplean como lneas de retardo digitales y en tareas de sincronizacin. Paralelo-Serie: son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero slo la salida del ltimo. Normalmente tambin existe una entrada serie, que slo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior. Serie-Paralelo: son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero slo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como elRS232. Paralelo-Paralelo: tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para clculos aritmticos.Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama as porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos.Otros registros de desplazamiento conocidos, fabricados tambin con la tecnologa CMOS, son el 74HC165 (entrada paralelo, salida serie) y 74HC164 (entrada serie, salida paralelo).AplicacionesAdems de la conversin serie-paralelo y paralelo-serie, los registros de desplazamiento tienen otras aplicaciones tpicas: Generador pseudoaleatorio. Se construye con un registro de desplazamiento, realimentando a la entrada una combinacin de varias salidas, normalmente un or exclusivo entre ellas. Multiplicador serie. Se realiza la multiplicacin mediante sumas y desplazamientos. Un ejemplo es el 74LS384. Registro de aproximaciones sucesivas. Se usa enconversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el ms significativo. Mediante unconversor DACse compara la entrada analgica con los resultados parciales, generando el siguiente bit. Retardo. Se pueden utilizar para retardar un bit un nmero entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits).

Formas de construir registros de desplazamientoPueden ser combinacionales y secuenciales. Por ejemplo: Registro de entrada paralelo y salida serie.Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deber estar en modo de carrera libre. Registro de entrada serie y salida paralelo.Similar al caso anterior, se sustituye el muliplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de ste sern las salidas paralelos. Biestables en cascada.Con esto y la lgica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es ms aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio (y el precio del integrado es muy asequible) y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y la funcionalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.

Equipos a utilizar

C.I 74LS74, 74LS90, 555 Un protoboard Fuente de voltaje continua de 5v Resistencias de 220 ,1k de watts 1 potenciometro de 100k 1 condensador de 33 f a 30v 5 Leds y 2 pulsadores

Procedimiento

Circuito Registro de desplazamiento serial utilizando Flip-Flop tipo D.

Circuito Contador de dcadas con la salida BCD en binario

Cuestionario

1) Que es un circuito divisor de frecuencia y como se construye un divisor en base a Flip-FlopUna aplicacin de los flip flop es la divisin de la frecuencia de la seal entrante .Al poner el flip flop JK en estado de basculacin (J=K=1) y aplicamos un tren de impulsos a la entrada del reloj la salida de Q es tambin un ten de impulsos con el doble de periodo y la mitad de frecuencia de la seal de entrada del clock. Entonces podemos usar para dividir la frecuencia en dos o en mltiplos de dos haciendo ms conexiones entre flip flop JK en estado de basculacin.

Por ejemplo si nos pidieran implementar un divisor de frecuencia con flip flops JK activado por flanco negativo capaz de dividir la frecuencia de entrada en ocho. Entonces haramos las siguientes conexiones con cuatro flip flops JK activado por flanco negativo tal como se muestra en elgrficosiguiente:

Como se observa en el grafico si tomamos a Q0 como LSB y a Q3 como MSB y formaremos lo siguiente: Hexadecimal Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 Notamos que hemos generado un contador binario capas de contar hasta 1111 16 en decimal y ademas que sigue un ciclo repetitivo.

2) Que es un contador digitalUn contador (counter en ingls) es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas lgicas capaz de realizar el cmputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cmputo se realiza en un cdigo binario, que con frecuencia ser el binario natural o el BCD natural (contador de dcadas).

Clasificacin de los contadores de circuito secuencial Segn la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de contadores sncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una seal de reloj comn) o asncronos (el reloj no es comn y los biestables conmutan uno tras otro). Segn el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes yUP-DOWN(ascendentes o descendentes segn la seal de control). Segn la cantidad de nmeros que pueden contar, se puede hablar de contadores binarios de n bits (cuentan todos los nmeros posibles de n bits, desde 0 hasta), contadores BCD (cuentan del 0 al 9) y contadores Mdulo N (cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto.El nmero mximo de estados por los que pasa un contador se denomina mdulo del contador. Este nmero viene determinado por la expresin 2^n donde n indica el nmero de bits del contador. Ejemplo, un contador de mdulo 4 pasa por 4 estados, y contara del 0 al 3. Si necesitamos un contador con un mdulo distinto de 2^n, lo que haremos es aadir un circuito combinacional.

GRABACION Y LECTURA DE UNA MEMORIA EPROM

Objetivo

Grabar un mensaje en la memoria EPROM y montar un display numrico con LEDs que visualice los datos grabados

Materiales y Equipos

1 Protoboard C.I. 74LS93, 74LS163 1 Memortia EPROM 27C64 27C256 8 resistencias de 220 8 Leds Fuente de alimentacin C.I 555 Pulsador normalmente abierto

Informe Previo

- Que es un memoria?Es un dispositivo que sirve para almacenar memoria

- Para que se emplea?Para almacenar programas y datos

- Qu es una palabra?Es un grupo de bits a los que se accede de manera simultnea

- Qu es una direccion?Es la posicin de identificacin de una palabra en la memoria

- Qu es la longitud de la palabra?Es la cantidad de bits que puede almacenar cada posicin.Bits de bus de datos = longitud de la palabra

- Que es la capacidad?Es la cantidad de informacin que puede almacenar una memoria. La unidad bsica de informacin es el bit, pero como es la prctica es muy pequea, empleamos los Bytes, Kilobyte, Megabyte, etc.

- Qu relacin hay entre el numero de bits del bus de direcciones y la cantidad de posiciones de memoria que puede direccionar?Posiciones de memoria = 2^ bits de direccionesDespejando:Bits de direcciones = log(posiciones de memoria)/losg2

- Cules son los tipos de memoria ROM?ROM, por las siglas de Read Only Memory, en castellano Memoria de Slo Lectura.Se trata de una memoria que usan los equipos electrnicos, como es el caso de las computadoras. Aquella informacin que se almacene en esta memoria no puede ser modificada por el propio usuario, de all su nombre.

Existen los siguientes tipos de memoria ROM:

PROM: por las siglas de Programmable Read Only memory, en castellano ROM programable, se caracteriza por ser digital. En ella, cada uno de los bits depende de un fusible, el cual puede ser quemado una nica vez. Esto ocasiona que, a travs de un programador PROM, puedan ser programadas por nica vez. La memoria PROM es utilizada en casos en que los datos necesiten cambiarse en todos o la mayora de los casos. Tambin se recurre a ella cuando aquellos datos que quieran almacenarse fe forma permanente no superen a los de la ROM.

EPROM: por las siglas en ingls de Erasable Programmable Read-Only Memory, en castellano, ROM programable borrable de slo lectura. Esta memoria ROM es un chip no voltil y est conformada por transistores de puertas flotantes o celdas FAMOS que salen de fbrica sin carga alguna. Esta memoria puede programarse a travs de un dispositivo electrnico cuyos voltajes superan a los usados en circuitos electrnicos. A partir de esto, las celdas comienzan a leerse como 1, previo a esto se lo hace como 0. Esta memoria puede ser borrada slo si se la expone a luces ultravioletas. Una vez que la EPROM es programada, se vuelve no voltil, o sea que los datos almacenados permanecen all de forma indefinida. A pesar de esto, puede ser borrada y reprogramada con la utilizacin de elevados niveles de voltaje. Si bien actualmente siguen siendo utilizadas, presentan algunas desventajas, entre ellas que el proceso de borrado del chip es siempre total, es decir que no se puede seleccionar alguna direccin en particular. Por otro lado, para reprogramarlas o borrarlas, deben removerse de su circuito y este proceso lleva por lo menos veinte minutos. Estas desventajas han sido superadas por memorias flash y EEPROM, por lo que las EPROM estn cayendo en desuso en ciertos diseos y aplicaciones.

EEPROM: por las siglas en ingls de Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, en castellano ROM programable y borrable elctricamente. Esta memoria, como su nombre indica puede ser programada, borrada y reprogramada elctricamente y no con rayos ultravioleta, como en el caso de las EPROM, lo que hace que resulten no voltiles. Adems de tener las puertas flotantes, como las anteriores, cuenta con una capa de xido ubicado en el drenaje de la celda MOSFET, lo que permite que la memoria pueda borrarse elctricamente. Como para realizar esto no se precisan programadores especiales ni rayos ultravioletas, se puede hacer en el propio circuito. Adems presenta la posibilidad de reescribir y borrar bytes individualmente, y son ms fciles y veloces de reprogramar que las anteriores. Las desventajas que presenta en comparacin a las anteriores son la densidad y sus costos altos.

Procedimiento- Circuito para grabar una memoria EPROM

DireccionD0D1D2D3D4D5D6D7

MsjA3A2A1A0PtoabCdEfg

L000000001111

A000101110111

b001000011111

.001110000000

S010001011011

I010100110000

S011001011011

t011100001111

.100010000000

d100100111101

I101000110000

G101101011111

I110000110000

t110100001111

A111001110111

L111100001010

- Circuito para lectura de la memoria EPROM

- Circuito real

Convertidores A/D y D/AObjetivoComprender los principios de operacin de los convertidores A/D y D/A

Fundamento Teorico

Analogico DigitalEl trmino ANALGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cmputo siginica todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.El tmino DIGITAL de la misma manera involucra valos de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cmputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).

Ventajas de la comunicacin digital La transmisin digital es la transmisin de pulsos digitales entre dos puntos, en un sistema de comunicacin. La informacin de la fuente original puede estar ya sea en forma digital o en seales analgicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su transmisin y convertidas nuevamente a la forma analgica en el lado del receptor. Algunas de las VENTAJAS de la transmisin digital [con respecto a la analgica] son: 1.-La ventaja principal de la transmisin digital es la inmunidad al ruido. Las seales analgicas son ms susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencua y variaciones de fase. Esto se debe a que con la transmisin digital, no se necesita evaluar esos parmetros, con tanta precisin, como en la transmisin analgica. en cambio, los pulsos recibidos se evalan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinacin si el pulso est arriba (1) o abajo de un umbral especfico (0).

2.-Almacenamiento y procesamiento: Las seales digitales se pueden guardarse y procesarse fcilmente que las seales analgicas.

3.- Los sistemas digitales utilizan la regeneracin de seales, en vez de la amplificacin, por lo tanto producen un sistema ms resistente al ruido que su contraparte analgica. 4.- Las seales digitales son ms sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es ms fcil comparar el rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de sealizacin e informacin, que con los sistemas analgicos comparables.

5.- Los sistemas digitales estn mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo, deteccin y correccin de errores), que los analogicos.

6.- Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son ms pequens, y muchas veces con ms econmicos. Algunas de las DESVENTAJAS de la transmisin digital son las siguientes: 1.- La transmisin de las seales analgicas codificadas de manera digital requieren de ms ancho de banda para transmitir que la seal analgica.

2.- Las seales analgicas deben convertirse en cdigos digitales, antes que su transmisin y convertirse nuevamente a nalagicas en el receptor.

3.-La transmisin digital requiere de sincronizacin precisa, de tiempo, entre los relojes del transmisor y receptor.

4.- Los sistemas de transmisin digital son incompatibles con las instalaciones analgicas existentes.

CONVERSION ANALOGICO-DIGITAL (ADC, Analogic to Digital Conversion) La conversin Analgico-Digital consta de varios procesos: Muestreo Cuantizacin Codificacin

MuestreoToda la tecnologa digital (e.g. audio, video) est basado en la tcnica de muestreo (sampling en ingls). En msica, cuando una grabadora digital toma una muestra, bsicamente toma una fotografa fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y procesados. Comparado con la grabacin analgica, la cual est basada en registros de voltaje como patrones de magnetizacin en las partculas de xido de la cinta magnetica. El muestreo digital convierte el voltaje en nmeros (0s y 1s) los cuales pueden ser fcilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original.

Razn de muestreoLa frecuencia de muestreo de una seal en un segundo es conocida como razn de muestreo medida en Hertz (Hz). 1 Hz = 1/seg La razn de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHI DE BANDA] de un sistema. A mayores razones de muestreo, habr ms calidad o precisin. Por ejemplo en audio digital se usan las siguientes razones de muestreo: 24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo. 30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo. 44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo. 48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo. Una seal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una seal muestrueada a 24 KHz. Pero, una seal muestreada a 48 KHz, ocupara el doble del ancho de banda que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, stos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de mejor calidad, ocupar mayor espacio en disco.La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, ste es el stndar. Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que estn muestreados a 44.1 KHz a 16 bits. Qu razn de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una seal analgica y al realizar el proceso contrario, digital-analgico, la seal sea idntica [o casi idntica] a la original? La respuesta es el Teorema de Nyquist.Cuantizacin:Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos.

Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos caractersticas bien importantes, el muestreo (tiempo) y la cuantizacin (nivel). Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una seal, la cuatizacin es el componente amplitud de el muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo (por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantizacin es la tcnica donde un evento analgico es medido dado un valor numrico.

Para hacer esto, la amplitud de la seal de audio es representada en una serie de pasos discretos. Cada paso est dado entonces por un nmero en cdigo binario que digitalmente cdifica el nivel de la seal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representacin. Una vez ms, una palabra ms larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits)El bit de resolucin de un sistema define el rango dinmico de el sistema. 6 dB es ganado por cada bit. Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles (bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantizacin. Codificacin La codificacin es la representacin numrica de la cuantizacin utilizando cdigos ya establecidos y estndares. el cdigo ms utilizado es el cdigo binario, pero tambin existen otros tipos de cdigos que son empleados. A continuacin se presenta una tabla donde se representan los nmeros del 0 al 7 con su respectivo cdigo binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantizacin. En general 2(n)= Niveles o estados de cuantizacin donde n es el nmero de bits. NmeroCdigo binario

0000

1001

2010

3011

4100

5101

6110

7111

Informe FinalConvertidor D/A

DCBASALIDA DEL CONVERTIDOR

00000.01

00010.68

00101.35

00112.02

01002.69

01013.36

01104.03

01114.7

10005.37

10016.04

10106.71

10117.38

11008.05

11018.72

11109.39

111110.1

La resolucin de este convertidor queda dada por la expresin:

Donde n = numero de bits. En este caso n = 4

Convertidor Analgico Digital

Observaciones y Conclusiones

Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de seales, permiten el nexo entre ambos espacios, del mundo real y el digital. Son muy utilizados en sistemas de instrumentacin y adquisicin de datos. Cada convertidor posee sus propias caractersticas y parmetros que lo definen. Estos parmetros y medidas se toman con respecto a curvas ideales de transferencia, o sea, cuando ms se ajuste un determinado modelo en su funcionamiento a estas curvas, ms preciso ser. Para obtener un buen funcionamiento de cada convertidor, es importante destacar los parmetros que aporta el fabricante de cada dispositivo y las condiciones de trabajo en que fueron medidas.

En todo ADC el conjunto de bits obtenidos a la salida sea un reflejo lo ms exacto posible del valor analgico correspondiente. Si el ADC, est situado a la salida de un sensor (que habitualmente aporta una seal de amplitud dbil) es esencial que en la etapa de conversin no se genere un nivel de ruido que impida la conversin real de la seal de entrada. La arquitectura ms extendida entre los ADC es la basada en el mtodo de las aproximaciones sucesivas. Su xito se fundamenta en conseguir tanto una resolucin como una velocidad aceptable para una gran variedad de aplicaciones. Normalmente se trata de redes resistivas conectadas a los bits de entrada, con cada valor de resistencia ajustado al valor del bit de entrada, como estructura bsica.

Los conversores se han enfrentado siempre a la dualidad velocidad y resolucin, las diversas estructuras desarrolladas y disponibles comercialmente permiten adaptar un modelo para cada aplicacin. Las configuraciones ms frecuentes, atendiendo a criterios de velocidad, son: conversores lentos (de 1 a 100ms), que incluyen dispositivos de rampa y de escalera; los conversores medios (de 1s a 1ms) abarcan los denominados aproximaciones sucesivas; y los rpidos (entre 25 Mhz), flash.

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