Principios Electricos y Aplicaciones Digitales

0

INSTITUTO TECNOLOGICO

SUPERIOR DE ARANDAS

PRINCIPIOS ELECTICOS Y

APLICACIONES DIGITALES

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

MAESTRA: GIOVANNA BERENICE TORRES HUERTA

JESSICA ALONDRA ARRIAGA MEDRANO

ARANDAS, JALISCO

17/JUNIO/2015

1

Contenido

INTODUCCIN ............................................................. 6

OBJETIVO DE LA MATERIA ............................................ 8

UNIDAD 1 ELECTRNICA ANALOGICA ............................. 8

OBJETIVO ................................................................... 8

CRITEROS DE EVALUACIN .......................................... 8

CORRIENTE ANALGICA ............................................... 9

QU ES LA CORRIENTE DIRECTA? ................................. 9

CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA ................................................................................................................... 9

EJEMPLOS ........................................................................................................................................................................ 9

QU ES LA CORRIENTE ALTERNA? ................................ 9

CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA ................................................................................................................ 10

EJEMPLOS ...................................................................................................................................................................... 10

CUADRO DOBLE ENTRADA ........................................... 11

DISPOSITIVOS PASIVOS .............................................. 12

CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 12

TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC ................................................................................................................. 12

APLICACIONES ................................................................................................................................................................... 12

EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 12

DISPOSITIVOS ACTIVOS .............................................. 13

EJEMPLOS .......................................................................................................................................................................... 13

CARACTERSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES ............. 14

ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO .................................................................................................................................. 14

ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO ........................................................................................................................ 14

MATERIALES TIPO N Y TIPO P ............................................................................................................................................ 14

EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 16

MAPAS MENTALES ............................................................................................................................................................ 30

PRACTICA 1 VALOR DE RESISTENCIAS ...................... 33

UNIDAD 2 ELECTRNICA DIGITAL ................................ 35

COMPETENCIAS DE LA UNIDAD .................................... 35

CRITERIOS DE EVALUACIN ........................................ 35

2

QUE ES LA ELECTRNICA DGITAL? ............................ 36

QUE ES UNA TABLA DE VDD? ...................................... 36

QU ES UNA COMPUERTA LGICA? ............................. 36

COMPUERTAS LGICAS ............................................... 36

OR ...................................................................................................................................................................................... 36

AND ................................................................................................................................................................................... 36

NOT ................................................................................................................................................................................... 36

NOR ................................................................................................................................................................................... 37

NAND ................................................................................................................................................................................. 37

XOR .................................................................................................................................................................................... 37

QU ES UNA EXPRESIN BOOLEANA? .......................... 37

COMPUERTAS................................................................................................................................................................ 38

CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS ...................................................................................................................... 38

CIRCUITO 1 .................................................................................................................................................................... 38

CIRCUITO 2 .................................................................................................................................................................... 38

CIRCUITO 3 .................................................................................................................................................................... 39

CIRCUITO 4 .................................................................................................................................................................... 39

CIRCUITO 5 .................................................................................................................................................................... 39

DISEO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES ................... 40

METODOLOGA DE DISEO ............................................................................................................................................... 40

MINI TRMINOS Y MAXI TRMINOS .............................. 40

MINI TRMINOS ................................................................................................................................................................ 40

MAXI TRMINOS ............................................................................................................................................................... 41

Ejemplos ........................................................................................................................................................................ 41

TCNICAS DE SIMPLIFICACIN .................................... 41

CMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIN DE CIRCUITOS DIGITALES? ...................................................................... 41

TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE ....... 41

MAPAS DE KARNAUGH ............................................... 43

TIPO DE DOS VARIABLES ................................................................................................................................................... 43

DE TRES VARIABLES ........................................................................................................................................................... 43

DE CINCO VARIABLES ........................................................................................................................................................ 43

MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS) ................................................................................................................................ 44

EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 44

EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 44

3

EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 44

EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 45

UTILIZACIN DE ELEMENTOS LGICOS BSICOS ............. 45

PRACTICA 2 .............................................................. 45

OBJETIVOS DE LA PRCTICA .............................................................................................................................................. 45

EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 45

EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 46

EJEMPLO 3 ..................................................................................................................................................................... 46

EJEMPLO 4 ..................................................................................................................................................................... 47

EJEMPLO 5 ..................................................................................................................................................................... 47

EJEMPLO 6 ..................................................................................................................................................................... 48

EJEMPLO 7 ..................................................................................................................................................................... 48

EJEMPLO 8 ..................................................................................................................................................................... 50

EJEMPLO 9 ..................................................................................................................................................................... 50

EJEMPLO 10 ................................................................................................................................................................... 51

EJEMPLO 11 ................................................................................................................................................................... 51

FAMILIAS LOGICAS .................................................... 52

FAMILIA TTL Y ECL ............................................................................................................................................................. 52

FAMILIA MOS .................................................................................................................................................................... 56

FAMILIA CMOS .................................................................................................................................................................. 56

BAJO VOLTAJE ................................................................................................................................................................... 56

FLIP-FLOP RS ...................................................................................................................................................................... 57

PRCTICA .......................................................................................................................................................................... 57

EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 57

FLIP FLOP D ....................................................................................................................................................................... 57

EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 57

EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 57

UNIDAD 3 CONVERTIDORES ........................................ 58

COMPETENCIA DE LA UNIDAD ...................................... 58

CRITERIOS DE EVALUACIN ........................................ 58

CONVERTIDORES ....................................................... 58

EXPOSICIONES ................................................................................................................................................................... 59

MAPA DIGITAL/ANALGICO ......................................... 79

MAPA CONCEPTUAL ANALGICO/DIGITAL ...................... 80

4

UTILIZACIN DEL DISPARADOR SCHMITT ..................... 81

OBJETIVO ........................................................................................................................................................................... 81

DESCRIPCIN ..................................................................................................................................................................... 81

DISPARADOR SCHMITT ..................................................................................................................................................... 81

HISTRESIS ............................................................. 81

REBOTES DE UN PULSADOR ........................................ 82

PRACTICA 3 .............................................................. 83

EJEMPLO 1 ..................................................................................................................................................................... 83

CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR ..................................................................................................................... 83

EJEMPLO 2 ..................................................................................................................................................................... 83

PROYECTO DE ARDUINO ................................................................................................................................................... 84

MATERIAL .......................................................................................................................................................................... 84

DESCRIPCION ..................................................................................................................................................................... 84

UNIDAD 4 LENGUAJES HDL ......................................... 85

COMPETENCIAS DE LA UNIDAD ........................................................................................................................................ 85

CRITERIOS DE EVALUACIN .............................................................................................................................................. 85

DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES ...................... 86

TIPOS ................................................................................................................................................................................. 86

CARACTERISTICAS ............................................................................................................................................................. 86

FABRICANTES .................................................................................................................................................................... 86

PASOS PARA EL DISEO CON PLDS .................................................................................................................................. 86

Para qu sirven los HDLS? .................................. 86

POR CAPTURA ESQUEMATICA .......................................................................................................................................... 87

POR TABLAS DE VERDAD ................................................................................................................................................... 87

POR ECUACIONES BOOLEANAS ......................................................................................................................................... 87

POR COMPORTAMIENTO .................................................................................................................................................. 87

MAPA CONCEPTUAL .......................................................................................................................................................... 88

CIRCUITOS SECUENCIALES CON HDL ............................ 88

MQUINA DE MORE ......................................................................................................................................................... 88

MQUINA DE MEALY .................................................................................................................................................... 88

DESCRIPCIN VERBAL ....................................................................................................................................................... 89

EXPRESIN BOOLEANA ..................................................................................................................................................... 89

DIAGRAMA ESQUEMTICA ............................................................................................................................................... 89

ECUACIN BOOLEANA ...................................................................................................................................................... 89

5

DIAGRAMA DE ESTADOS ................................................................................................................................................... 89

TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE ......................................................................................................................................... 89

CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIN DE COMPORTAMIENTO ................................................................... 90

EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 91

CIRCUITOS COMBINACIONALES HDL ............................. 92

EJEMPLO:....................................................................................................................................................................... 92

Circuitos secuenciales HDL ................................... 92

DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES ...................... 93

QU ES UN PLD? .............................................................................................................................................................. 93

EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLDS? ................................................................................................. 93

EJEMPLO ........................................................................................................................................................................ 93

ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLDS .............................................................................................................................. 94

VENTAJAS DE LOS PLDS .................................................................................................................................................... 94

PROCEDIMIENTO DE DISEO CON DISPOSITIVOS LOGICOS ............................................................................................. 94

PROGRAMABLES. .............................................................................................................................................................. 94

PROGRAMACION DE LOS PLDS ........................................................................................................................................ 95

PROGRAMACIN POR ZIF ............................................................................................................................................. 95

PROGRAMACIN EN SISTEMA ...................................................................................................................................... 96

DESVENTAJAS DE LOS PLD ................................................................................................................................................ 96

REPORTE DE LA PRACTICA DE GALILEO ........................ 96

INTRODUCCIN ................................................................................................................................................................. 96

QU ES EL GALILEO? ........................................................................................................................................................ 96

PARTES DEL GALILEO ......................................................................................................................................................... 97

PRACTICA 1 LED DEL GALILEO ........................................................................................................................................ 97

PRACTICA 2 SERVO Y POTENCIOMETRO ........................................................................................................................ 98

PRACTICA 3 TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ ............................................................................................................. 99

CONCLUSION ................................................................................................................................................................... 100

CONCLUSION FINAL .................................................. 101

6

INTODUCCIN En este documento veremos las actividades que realizamos en el transcurso del

semestre, en la materia de Principios Elctricos y Aplicaciones Digitales.

Esta materia que es Principios Elctricos y Aplicaciones Digitales de suma importancia

ya que en esta materia veremos cul es el principal objetivo de esta materia, sus

componentes que tiene y las distintas aplicaciones que podemos darle en nuestra vida

diaria.

En la primera unidad veremos lo que es la electronica analogica, las funciones que

tiene y las funciones que se realizan en cada una. tambin veremos los conceptos

basicos y mas importantes que la componen, sus diferentes aplicaciones que

podemos encontrar.

Los tipos de energia que existen dentro de la electronica analogiaca, sus funciones,

sus caracteristicas y su representacion grafica.

Veremos lo que son los dispositivos activos y pasivos y las caracteristicas que hacen

que sean diferentes, y los diferentes objetos en los que podriamos identificar a que

tipo de dispositivo pertenecen.

En la segunda unidad veremos lo que es la electrnica digital, cules son sus

caractersticas y las funciones que tienen. Estudiaremos varios de los elementos que

la conforman, y sus funcionalidades.

Veremos lo que son las compuertas lgicas, las caractersticas que tienen, como se

representan grficamente y como son sus tablas de verdad, y cmo podramos

utilizarla en distintos casos. Otra de las cosas que veremos es lo que son las familias

lgicas y las funciones en las que podemos encontrar, como se aplican en la vida

diaria.

En la unidad 3 veremos lo que son los Convertidores. Nos daremos cuenta cmo es

que funciona un convertidor, sus caractersticas y las funciones que realizan. Tambin

veremos cmo es que un convertidor nos puede ayudar a convertir una seal

analgica a digital, y de digital ha analgica.

Veremos tambin lo que son los pulsadores y la funcin q realizan dentro de un

circuito, lo que es la histresis y sus reacciones en los circuitos, y como funciona un

disparador Schmitt.

7

En la unidad 4 veremos lo que son los Lenguajes de programacin HDL, las

caracterstica que tienen, sus ventajas y desventajas que tiene al aplicarlos. Veremos

lo que son los circuitos combinacionales programados con lenguaje HDL. Y vemos los

elementos que lo conforman, y las funciones que tiene cada elemento. Tambin

veremos lo que son los circuitos combinacionales secuenciales, sus caractersticas y

las funciones como las podemos realizar.

Realizaremos prcticas con el galileo y podremos ver sus caractersticas, y la forma

correcta en la que debemos utilizar un galileo para no descomponerlo, y poder obtener

el resultado deseado.

8

OBJETIVO DE LA MATERIA

Desarrollar aplicaciones digitales que coadyuven a la solucin de problemas

computacionales.

Desarrollar habilidades para el diseo de circuitos digitales.

Manejar instrumentos de medicin implementando circuitos.

UNIDAD 1 ELECTRNICA ANALOGICA

OBJETIVO

Manejar instrumentos y equipos de mediciones elctricas y electrnicas.

Analizar teoras y solucionar problemas que engloben escenarios de circuitos

elctricos en base en leyes y teoremas.

CRITEROS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos

Examen 60%

Tareas 40%

b) Propone o explica procedimientos no vistos en clase

Examen 50%

Investigacin 50%

c) Hace aportaciones a las actividades acadmicas desarrolladas

Examen 50%

Investigacin 50%

d) Incorpora conocimientos y actividades en su aprendizaje

Examen 50%

Prcticas 50%

e) Introduce recursos que promueven un pensamiento crtico

Examen 60%

Prctica 40%

f) Realiza su trabajo de forma autnoma y autorregulada

Portafolio 80%

Investigacin 20%

9

CORRIENTE ANALGICA Es la parte de la electrnica que estudia los circuitos, el manejo de componentes, los

conductores, los semiconductores y los aparatos de medida en general. Estudia la

tensin (voltios), la corriente (amperios) respecto al tiempo.

QU ES LA CORRIENTE DIRECTA? Es el flujo de corriente que se dirige en una sola direccin. A este tipo de corriente

elctrica se le conoce como corriente elctrica continua. Esta corriente elctrica es

utilizada para la polarizacin de diferentes dispositivos como resistencias, transistores,

vlvulas al vaci, y as para el correcto funcionamiento de un aparato electrnico; la

corriente directa es creada por reacciones qumicas, por accin de la luz por o por

induccin elctrica.

CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DIRECTA

Tienen un flujo que se nueve en una sola direccin y son constantes en el

tiempo.

Su aspecto es el de una lnea recta que no vara.

Se produce a partir, fuentes de energa, las bateras y generadores de corriente

continua.

La CC tiene un flujo continuo de energa que se mueve en una sola direccin y

son constantes en el tiempo.

Los dispositivos fotovoltaicos como las clulas solares tambin generan energa.

EJEMPLOS

Automviles

Leds

Locomotoras de ferrocarriles

Telfonos de base

Juguetes en general

QU ES LA CORRIENTE ALTERNA? Es la corriente elctrica que presenta una variacin cclica en su magnitud y en su

sentido, la forma ms utilizada de oscilacin para sinusoidal, debido a que se obtiene

una forma de transmisin de energa elctrica ms efectiva.

10

CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

La caracterstica principal de una corriente alterna que durante un instante de tiempo

un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las

polaridades se invierten tantas veces como los ciclos por segundo o Hertz posea esa

corriente. No obstante aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la

corriente siempre fluir del polo negativo al positivo.

El ciclo: es la variacin completa de la tensin o la corriente de cero a un valor

mximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor mximo negativo y

finalmente a cero.

Frecuencia: es el nmero de ciclos que se producen en un segundo. Su utilidad

es el Hertz (Hz) que equivale a un ciclo por segundo, se representa con la letra f.

Periodo: tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se

representa con la letra P.

Frecuencia y periodo son valores inversos

T=1/f f=1/T

Circuito elctrico: camino que recorre una corriente elctrica, el movimiento de

cargas elctricas (electrones). Este recorrido se inicia en una de las terminales

de una pila, pasa a travs de un conductor elctrico (cable de cobre), llega a una

resistencia (foco), que continua despus por el conducto, llega a un interruptor y

regresa a la terminal de la pila.

EJEMPLOS

Timbres

Vibradores

Electromagnticos

Alumbrado pblico

Transformadores de tensin

Motores

Licuadoras

Estufas

Neveras

Lavadoras

11

CUADRO DOBLE ENTRADA CARACTERISTICAS APLICACIONES

CORRIENTE DIRECTA

Se mueve en una sola direccin.

Tienen un flujo que se nueve en una sola direccin y son constantes en el tiempo.

Su aspecto es el de una lnea recta que no vara.

Se produce a partir, fuentes de energa, las bateras y generadores de corriente continua.

La CC tiene un flujo continuo de energa que se mueve en una sola direccin y son constantes en el tiempo.

Los dispositivos fotovoltaicos como las clulas solares tambin generan energa.

COMO SE GENERA A partir de una fuente de energa, las bateras, fuentes de alimentacin y generadores de electricidad.

Automviles

Leds

Locomotoras de ferrocarriles

Telfonos de base

Juguetes en general

CORRIENTE ALTERNA

Representa una variacin cclica en su magnitud y su sentido.

Se obtiene una forma de transmisin de energa ms efectiva.

COMO SE GENERA A partir de un flujo continuo de electrones, siempre en el mismo sentido.

Timbres

Vibradores

Electromagnticos

Alumbrado pblico

Transformadores de tensin

Motores

Licuadoras

Estufas

Neveras

Lavadoras

12

DISPOSITIVOS PASIVOS Son aquellos que no necesitan una fuente de energa para su correcto

funcionamiento. No tiene la capacidad de controlar la corriente en un circuito.

CARACTERISTICAS

Los componentes pasivos se dividen en:

COMPONENTES FUNCIONES MAS COMUNES

Condensador Almacenamiento de energa filtrada, adaptacin de impedancia.

Inductor o Bobina Almacenar o atenuar el cambio de energa debido a su poder de autoinduccin.

Resistor o Resistencia

Divisin de intensidad o tensin, limitacin de intensidad.

Componentes electromecnicos

A este grupo pertenecen los interruptores, fusibles y conectores.

TECNICAS DE SOLUCIONES EN CIRCUITOS RLC

RCL: es aquel que contiene como componentes una resistencia, un condensador y un

inductor conectados en serie:

C: Condensador

L: Bobina

R: Resistencia

APLICACIONES

Transistores y reportes Micrfono Osciladores Sintonizadores de radio Inversores CA-CD

EJEMPLO

13

DISPOSITIVOS ACTIVOS Dispositivo electrnico que distribuye banda ancha a determinada cantidad de equipos

(computadores) de una red (switch, router). Son los equipos que se encargan de

distribuir en forma activa la informacin a travs de la red, como concentradores,

redes inalmbricas, switches, etc.

EJEMPLOS

HUB: tambin conocido como concentrador. Cuando se transmiten seales

elctricas por un cable, se produce una degeneracin proporcional a la longitud

del cable, lo que se denomina Atenuacin. Un HUB es un simple dispositivo que

se aade para reforzar la seal del cable y para servir de bus o anillo activo.

Bridge (puente): el puente es un dispositivo que interconecta las redes y

proporciona un camino de comunicacin entre dos o ms segmentos de red o

subredes. Permite extender el dominio de broadcast, pero limitndole dominio de

colisin. Algunas razones para utilizar un puente son las siguientes:

Ampliar la extensin de la red o el nmero de nodos que la construyen. Reducir el cuello de botella del trfico causado por un nmero excesivo de

nodos nidos.

Unir redes distintas y enviar paquetes entre ellas, asume que ejecuta el mismo protocolo de red.

Enrutador o router: el enrutador, direccionador, ruteador o encaminador es un

dispositivo de hardware, para interconexin de red de ordenadores que opera en

la capa 3 (nivel de red). Permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre

redes o determina la mejor ruta que debe tomar el paquete de datos.

Gateway (compuerta pasarela): consiste en una computadora o en otro

dispositivo que acta como traductor entre dos sistemas que no utilizan los

mismos protocolos de comunicaciones, formatos de estructura de datos,

lenguajes y/o arquitecturas.

Switch: es un dispositivo digital de lgica de interconexin de redes en las

computadoras que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo

OSI. Su funcin es interconectar dos o ms segmentos de red, de manera

similar a los puentes, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la

direccin MAC de destino de las tramas de red.

Tarjeta de red: es el dispositivo que nos permite conectar la estacin (ordenador

u otro equipo de red) con el medio fsico de transmisin (cable). Puede disponer

de varios tipos de conectores. Los ms habituales son: el tipo BNC y el RJ-45,

para conectar con cableado tipo coaxial o UTP respectivamente.

14

CARACTERSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES Son elementos como el germanio y el silicio que a bajas

temperaturas son aislantes, si aumenta su temperatura comienzan

a agregar impurezas y resulta posible su conduccin.

Su importancia en la electrnica es inmensa por su fabricacin de

transistores, circuitos integrados, etc.

ESTRUCTURA LECTRICA DEL SILICIO

El tomo del silicio presenta un enlace covalente esto quiere decir que cada tomo

sta unido a cuatro tomos y comparten sus electrones de valencia.

ESTRUCTURA ELECTRICA DEL GERMANIO

Se utiliza como material semiconductores

normalmente se utiliza junto al silicio en los

circuitos de alta velocidad para mejorar su

rendimiento.

MATERIALES TIPO N Y TIPO P

Un semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado

aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para aumentar el nmero

de portadores de carga libre (negativo o electrones).

Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado,

aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el

nmero de portadores libres (positivos o huecos).

Dopado: es el proceso intencional de agregar impurezas en

un semiconductor puro con el fin de cambiar sus

propiedades elctricas.

Amplificadores operacionales: son circuitos integrados con un nivel de

componentes y estructura interna complicada. La alimentacin del circuito se

realiza por medio de dos fuentes de alimentacin simtrica. El terminal de

referencia de tensiones debe de realizarse a travs de elementos externos, tales

como resistencias.

15

Configuraciones

Seguidor unitario

Es aquel circuito que se proporciona a la salida la misma tensin que la

entrada.

Comparador Es un circuito electrnico ya sea analgico o digital capaz de

comparar dos seales de entrada y variar la salida en funcin de cual es

mayor.

Multiplicador Son redes de diodos y condensadores que a partir de una

tension continua muy alta.

Sumador Es un circuito logico que calcula la operacin suma, se encuetra

en la ALU.

Restador Usa ambas entradas invertidas y la ganacia es invertida.

16

Integrador Integra o incoorpora diferentes caracteriscas o elementos

poniendolos al mismo nivel de

manera que forma parte de un

todo.

EXPOSICIONES

29

equipo-1-agvpus54efff57

30

MAPAS MENTALES

33

PRACTICA 1 VALOR DE RESISTENCIAS

35

UNIDAD 2 ELECTRNICA DIGITAL

COMPETENCIAS DE LA UNIDAD

Utilizar con precisin la terminologa y simbologa de circuitos digitales.

Analizar problemas tericos implementando la solucin con circuitos

digitales.

Aplicar mtodos de simplificacin de funciones.

CRITERIOS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos

Examen 60%

Tareas 40%


Examen 50%

Investigacin 50%


Examen 50%

Investigacin 50%


Examen 50%

Prcticas 50%


Examen 60%

Prctica 40%


Portafolio 80%

Investigacin 20%

36

QUE ES LA ELECTRNICA DGITAL? Se trata de valores de corrientes y tenciones electrnicas que se solo pueden poseer

dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensin pero cuando

hay siempre es la misma y cuando no hay siempre es de valor 0.

QUE ES UNA TABLA DE VDD? Representa de forma ordenada todos los valores posibles de entrada y la salida que

se obtiene para cada una de ellas.

QU ES UNA COMPUERTA LGICA? Es un dispositivo electrnico que es la expresin fsica de un operador booleano en la

lgica de computacin. Cada compuerta lgica consiste en una red de dispositivos

interruptores que cumplen las condiciones booleanas para el operador particular, son

esencialmente circuitos de comunicacin integrados en un chip.

COMPUERTAS LGICAS

OR

La compuerta OR produce la funcin sumadora, esto es, la salida

es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra

manera, la salida es 0. Las compuertas OR pueden tener ms de

dos entradas y por definicin la salida es 1 si cualquier entrada es

1.

AND

Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y

una salida binaria designada por x.

La compuerta AND produce la multiplicacin lgica AND: esto es: la

salida es 1 si la entrada A y la entrada B estn ambas en el binario 1: de

otra manera, la salida es 0.

NOT

Es un inversor que invierte el nivel lgico de una seal binaria.

Produce el NOT, o funcin complementaria. El smbolo

algebraico utilizado para el complemento es una barra sobra el

smbolo de la variable binaria.

37

NOR

La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y

utiliza el smbolo de la compuerta OR seguido de un crculo

pequeo (quiere decir que invierte la seal). Las compuertas NOR

pueden tener ms de dos entradas, y la salida es siempre el

complemento de la funcin OR.

NAND

Es el complemento de la funcin AND, como se indica por el smbolo

grfico, que consiste en una compuerta AND seguida por un

pequeo crculo (quiere decir que invierte la seal).

La designacin NAND se deriva de la abreviacin NOT - AND. Una

designacin ms adecuada habra sido AND invertido puesto que es

la funcin AND la que se ha invertido.

Las compuertas NAND pueden tener ms de dos entradas, y la

salida es siempre el complemento de la funcin AND.

XOR

Esta compuerta XOR (or-exclusiva) se comporta de una

manera especial. Su caracterstica especial es que el

resultado de salida ser 1 si las dos entradas son

distintas, sean 0-1 1-0.

QU ES UNA EXPRESIN BOOLEANA? Una expresin booleana es una expresin algebraica que da lugar a uno de dos

posibles valores, 1 ("verdadero") o 0 ("falso"), conocidos como valores booleanos. La

lgica booleana forma la base de los clculos binarios modernos, o en base dos, de

los sistemas informticos. Puedes utilizar un sistema de expresiones booleanas para

representar cualquier circuito electrnico de computadora.

Tabla de verdad X-

OR

A B X

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

38

COMPUERTAS

AND NOT

OR

CIRCUITOS DE LAS COMPUERTAS LOGICAS

CIRCUITO 1

CIRCUITO 2

39

CIRCUITO 3

CIRCUITO 4

CIRCUITO 5

40

DISEO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES Son aquellos que no tienen en cuenta la variable del tiempo, estn formadas por

combinaciones de puertas lgicas.

METODOLOGA DE DISEO

Definicin de la funcin y especificacin de las entradas y salidas.

Obtener la tabla de verdad de la funcin a generar en la que intervienen

solamente las especificaciones que podramos llamar lgicas.

A partir de la tabla procede a la simplificacin de la funcin lgica.

MINI TRMINOS Y MAXI TRMINOS

MINI TRMINOS

Son productos normalizados. Forma cannica de productos o suma normalizada de

productos. Todas las combinaciones de variable de entrada que generan una salida

1 para la funcin.

41

MAXI TRMINOS

Una funcin booleana puede representarse, como producto de sumas. Los trminos

de suma normalizados se denominan (maxterms), combinacin de variables de

entrada que generan una salida U para la funcin.

Ejemplos

Mini trminos F(a,b,c)=(0,1,2,4,5,6,7)

Maxi trminos F(a,b,c)=(3)

TCNICAS DE SIMPLIFICACIN En las matemticas con nmeros reales estamos muy acostumbrados a simplificar. De

hecho es lo que nos han enseado desde pequeos. Si una determinada expresin la

podemos simplificar. Y antes de implementarlos, es decir, antes de convertir las

ecuaciones a componentes electrnicos (puertas lgicas) tenemos que simplificar al

mximo. Una de las misiones de los ingenieros es disear, y otra muy importante es

optimizar. No basta con realizar un circuito, sino que hay que hacerlo con el menor

nmero posible de componentes electrnicos. Y esto es lo que conseguimos si

trabajamos con funciones simplificadas.

CMO SE PUEDE HACER LA SIMPLIFICACIN DE CIRCUITOS DIGITALES?

1. Utilizando las propiedades y teoremas del lgebra de Boole. Se denomina mtodo analtico de simplificacin de funciones. Hay que manejar muy bien estas propiedades para poder eliminar la mayor cantidad de trminos y variables.

2. Utilizando el mtodo de Karnaugh. Es un mtodo grfico que, si lo aplicamos bien, nos garantiza que obtendremos la funcin ms simplificada posible. En este curso analizaremos este curso.

TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE Postulado 1: Definicin

En un sistema algebraico definido en un conjunto B, que contiene 2 o ms elementos donde pueden darse solo 2 operaciones, la suma u operacin "OR" y la multiplicacin o multiplicacin "AND"

Postulado 2: Identidad (existencia de neutros)

En B, el elemento neutro de la suma determinada "0" y en la multiplicacin "!" donde X en B: a)n+0=X------------ b)X1=X

Postulado 3: Conmutatividad

Para cada X,Y,Z en B: a)X+Y=Y+X-----b)XY=YX

A B C X

1 0 0 0 1

2 0 0 1 1

3 0 1 0 1

4 0 1 1 0

5 1 0 0 1

6 1 0 1 1

7 1 1 0 1

8 1 1 1 1

42

Postulado 4: Asociatividad

Para cada X,Y,Z en B: a)X+(Y+Z)=(X+Y)+Z---------b)X(YZ)=(XY)Z

Postulado 5: Distributividad

Para cada X,Y,Z en B: a)X+(YZ)=(X+Y)(X+Z)------------b)X(Y+Z)=(XY)+(XZ)

Postulado 6: Existencia de complemento

Para cada X en B existe un elemento nico denotado por X' complemento tal que: a)X+X'= 1-------b)XX'=0

Teorema !: Multiplicacin por cero (identidad)

Es el factor neutro: Suma: a+1=!--------Producto: a0=0

Teorema 2: Absorcin

En la suma se identifica primero de forma aislada y luego multiplicando a otra expresin. Suma: A+(AB)=A----------Producto: A(A+B)=A

Teorema 3: Cancelacin I

Es cuando se encuentra una expresin sumada o multiplicada con su complemento: Suma: A+A'B=A+B-------Producto: A(A'+B)=AB

Teorema 4: Cancelacin II

Se identifica en 2 trminos que comparten un factor comn y otro que no es comn, uno de ellos es el complemento de la otra: Suma: AB+A'B=B---------Producto:(A+B)(A'+B)=B

Teorema 5: Impotencia

Si se suma o multiplica el trmino n nmero de veces, dar por resultado el mismo. Suma: A+A+A=A---------Producto:(A)(A)(A)=A

Teorema 6: Consenso

Se encuentran 2 trminos que contengan una expresin en uno afirmada y en otro negada, anotar los trminos con que se multiplica uno y otro, al final se busca otro elemento o trmino que sea la multiplicacin de estos 2 ltimos, este ltimo se multiplica. Suma: AB+A'C+BC=AB+A'C---------------Producto: (A+B)(A'+C)(B+C)=(A+B)(A'+C)

Teorema 7: De Morgan

Si hay suma complementada se puede hacer el producto de cada parte con su complemento. Suma: |A+B|=A'B'---------------Producto: |AB|=A'+B'

Teorema 8: Involucin

El complemento de un complemento es el termino sin complementos.-----||A=A

43

Teorema 9: Complemento de neutros

El complemento de la nada es el todo y el del todo es la nada.0'=1----1'=0

MAPAS DE KARNAUGH El mapa de KARNAUGH es un mtodo grfico que se utiliza para simplificar una

ecuacin lgica, para convertir una tabla de verdad a su circuito lgico

correspondiente en un proceso simple y ordenado.

TIPO DE DOS VARIABLES

En el mapa de KARNAUGH se grafican las dos entradas y se ponen 4 celdas que son

la representacin grfica de las combinaciones posibles de las dos entradas.

X=ab+ ab

DE TRES VARIABLES

Se grafican las dos entradas y se ponen 8 celdas que son la representacin grfica de

las combinaciones posibles en las dos entradas.

S=abcd+abcd+ab

DE CINCO VARIABLES

Este mapa se obtiene de dos mapas

con 4 variables, lo que hace un mapa

con 32 celdas, y que cuenta con 5

entradas, aclarando se cuenta con una

entrada.

A B S

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

A A

B 1 0

B 0 1

A B S

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

0 0 0

0 1 0

1 0 1

1 1 0

44

MAPAS DE KARNAUGH (EJERCICIOS)

EJEMPLO 1

BC

EJEMPLO 2

BC

EJEMPLO 3

BC

A B C X

1 0 0 0 0

2 0 0 1 0

3 0 1 0 1

4 0 1 1 0

5 1 0 0 1

6 1 0 1 0

7 1 1 0 1

8 1 1 1 0

A 00 01 10 11

0 0 0 1 0

1 1 0 1 0

A B C X

1 0 0 0 1

2 0 0 1 1

3 0 1 0 0

4 0 1 1 1

5 1 0 0 1

6 1 0 1 1

7 1 1 0 0

8 1 1 1 0

A 00 01 10 11

0 1 1 0 1

1 1 1 0 0

A B C X

1 0 0 0 1

2 0 0 1 1

3 0 1 0 1

4 0 1 1 0

5 1 0 0 0

6 1 0 1 0

7 1 1 0 1

8 1 1 1 0

A 00 01 10 11

0 1 1 1 0

1 1 0 1 0

45

EJEMPLO 4

BC

UTILIZACIN DE ELEMENTOS LGICOS BSICOS

PRACTICA 2

OBJETIVOS DE LA PRCTICA

Conocern las operaciones lgicas utilizadas con mayor frecuencia. Conocer los

smbolos ms importantes. Aprender a convertir expresiones lgicas sencillas en

circuitos.

EJEMPLO 1

Realizar un esquema de un circuito con un pulsador, un inversor y un led. El led

deber iluminarse cuando no se presione el pulsador.

A 00 01 10 11

0 0 0 1 0

1 1 0 1 0

A B C X

1 0 0 0 1

2 0 0 1 1

3 0 1 0 1

4 0 1 1 0

5 1 0 0 0

6 1 0 1 0

7 1 1 0 1

8 1 1 1 0

A X

0 1

1 0

46

EJEMPLO 2

Confeccione un circuito con dos pulsadores, un enlace and y un led. El led debe

encenderse al presionar los dos pulsadores.

EJEMPLO 3 Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led. El led deber

iluminarse cuando se presiona al menos uno de los pulsadores.

A B X

0 0 0

1 0 0

1 1 1

A B X

0 0 0

1 0 0

1 1 1

47

EJEMPLO 4

Confecciona un circuito con 2 pulsadores un enlace NAND y un led. El led deber

apagarse cuando se presiona uno de los dos pulsadores.

EJEMPLO 5

Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace NOR y un led. El led deber

apagarse cuando se presiona uno o los dos pulsadores.

A B X

0 0 1

0 1 1

0 0 1

1 1 1

A B X

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

48

EJEMPLO 6

Confecciona un circuito con dos pulsadores un enlace OR y un led.

El led deber iluminarse cuando se presiona uno o los dos

pulsadores.

EJEMPLO 7

En una planta un solo operario alimenta material a una prensa hidrulica y a

continuacin inicia la operacin de prensado. Con el fin de garantizar la seguridad del

operario la prensa deber activarse nicamente si el operador pulsa un botn de inicio

A B X

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

49

con cada mano y adems si la maquina detecta la presencia del material con el sensor

1 o sensor 2. A modo de proteccin adicional el sistema analiza si la barrera de luz

incorporada ha sido interrumpida o no. Confiar un circuito para que la prensa

hidrulica cumpla los requisitos planeados es decir la prensa nicamente podr

activarse si se cumplen las siguientes condiciones.

Si se pulsan los dos.

Si el material es detectado por el sensor 1 o 2.

La barrera de luz no debe admitir seal alguna.

50

EJEMPLO 8

Dibuja el circuito en el que un AND de cuatro entradas nicamente se obtiene

mediante compuertas AND de dos 2 entradas. Confecciona el circuito y comprueba

su funcionamiento.

EJEMPLO 9

Dibuja el circuito que implemente un NOR de 4 entradas, compuertas OR de 2

entradas y un inversor. Confecciona el circuito y comprueba su funcionamiento.

A B C D X

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 0

0 1 1 1 0

1 0 0 0 0

1 0 0 1 0

1 0 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 0 0 0

1 1 0 1 0

1 1 1 0 0

1 1 1 1 1

A B C D X

0 0 0 0 1

0 0 0 1 0

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 0

0 1 1 1 0

1 0 0 0 0

1 0 0 1 0

1 0 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 0 0 0

1 1 0 1 0

1 1 1 0 0

1 1 1 1 0

51

EJEMPLO 10

Dibuja el circuito en el que un OR de2 entradas nicamente se obtiene mediante

compuertas NAND de dos entradas. Confecciona el circuito y comprueba su

funcionamiento.

EJEMPLO 11

Dibuja el circuito que corresponda a la funcin

En forma disyuntiva normal.

1 Pulsador

3 AND con 4 entradas

1 OR con 4 entradas

1 Indicador led

A B X

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

A B C X

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 1

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 0

52

FAMILIAS LOGICAS Una familia lgica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnologa

comn de fabricacin y tienen estandarizadas sus caractersticas de entrada y de

salida; es decir, son compatibles entre s.

Como consecuencia de la estandarizacin, la interconexin entre dispositivos lgicos

de una misma familia es particularmente sencilla y directa: no requiere de etapas

adicionales de acoplamiento.

FAMILIA TTL Y ECL

56

FAMILIA MOS

Las familias lgicas MOS son aquellas que basan su funcionamiento en los

transistores de efecto campo o MOSFET. Estos transistores se pueden clasificar en

dos tipos segn el canal utilizado:

NMOS PMOS

FAMILIA CMOS

Basa su operacin en la utilizacin de los transistores NMOS y PMOS funcionando

como interruptores, de tal forma que los transistores NMOS suministran el nivel bajo

(ya que no se degrada con la tensin umbral) y los transistores PMOS suministran el

nivel alto (ya que no se degrada con la tensin umbral).

BAJO VOLTAJE

Son familias lgicas especialmente diseadas para funcionar con tensiones de

alimentacin reducidas, sin que ello suponga una prdida de carga ni incremento de

los tipos de propagacin.

57

FLIP-FLOP RS

Un flip-flop asncrono a travs de las dos entradas, la S=Set y R=Reset. Si una

entrada recibe su seal la activacin su estado de paso de inmediato.

PRCTICA

EJEMPLO

Dibuja un circuito con un flip-flop RS con entradas invertidas, atribuye a las entradas

R y S las conexiones que se permitan la utilizacin de dos pulsadores que repaso

pongan un 0 en su salida. Las dos salidas Q1 y Q2 debern controlar cada uno de los

leds.

FLIP FLOP D

Es una forma especial del flip-flop RS activado por nivel la idea consiste en que las

entradas de conmutacin siempre deben conectarse en modo que nicamente

existan 2 posibilidades S=1 R=0 y S=0 R=1.

EJEMPLO 1

Dibuja un flip-flop D compuesto por un flip-flop RS sencillo y una etapa previa que

conste de 2 puertas NAND y un inversor.

EJEMPLO 2

Dibujar un circuito de 2 bits con flip-flop D.

La entrada de reloj deber controlarse mediante un pulsador mientras que las

entradas D se controlan mediante 2 interruptores. Las 2 salidas de los flip-flops estn

conectadas a las entradas 1 y 2 del display de 7 segmentos.

58

UNIDAD 3 CONVERTIDORES

COMPETENCIA DE LA UNIDAD Seleccionar y manipular dispositivos analgicos y digitales para la implementacin de

circuitos.

CRITERIOS DE EVALUACIN a) Se adapta a situaciones y contextos complejos

Examen 60%

Tareas 40%


Examen 50%

Trabajo en equipo 50%


Examen 50%

Investigacin 50%


Examen 50%

Prctica 50%


Examen 60%

Investigacin 40%


Portafolio 80%

Investigacin 20%

CONVERTIDORES Un conversor o convertidor analgico-digital (CAP), o tambin ADC del ingls

(Analogto Digital Converter) es un dispositivo electrnico capaz de convertir una

entrada analgica de voltaje en un valor binario. Se utiliza en equipos electrnicos

como computadoras, grabadores de sonido y de video.

La seal analgica que vara de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada

del dispositivo y se somete a un muestreo a una fija obtenindose as una seal digital

a la salida del mismo.

59

EXPOSICIONES

79

MAPA DIGITAL/ANALGICO

80

MAPA CONCEPTUAL ANALGICO/DIGITAL

81

UTILIZACIN DEL DISPARADOR SCHMITT

OBJETIVO

El estudiante habr adquirido los conocimientos siguientes:

Conocer los circuitos de disparador Schmitt.

Conocer lo que es una histresis.

Aprender como corregir los rebotes.

Podr atribuir datos digitales distorsionados por ruido.

DESCRIPCIN

Si se trasmiten seales digitales a travs de cables largos, la caracterstica propia de los cables

distorsiona el nivel y los francos de las seales de esta manera es posible que una seal digital

con 2 valores de tencin claramente definidos se

trasforme casi en una seal anloga, esta seal

debe bombera a corriente en una seal digital en el

receptor.

DISPARADOR SCHMITT

Convierte una seal de entrada analgica en

una seal de salida digital.

En el caso de los mdulos TTL significa que se

convierte cualquier tensin de entrada

analgica entre 0 y 5 voltios en un nivel de salida de 0 a 5v.

HISTRESIS

Las seales analgicas reales suelen no tener un recorrido

tan homogneo como las seales sinusoidales. Con l

frecuencia tales seales contienen partes de alta frecuencia

que provocan ligeras vibraciones alrededor del valor como

tal, en un sistema real estas circunstancias provocaran un

comportamiento no deseado de disparador Schmitt.

82

La diferencia entre ambas tenciones U entradas (U ent) y el

voltaje de salida (U Sal) se llama histresis.

UH= U ent- U sal

Con la histresis se obtiene el recorrido deseado de la tensin de

salida.

El smbolo dentro representa la histresis de Schmitt

adems tiene una entrada L por tensin analgicas indistintas y una salida digital Q

que nicamente puede asumir niveles altos o bajos.

Histresis

U ent U sal = Uh U ent = 2.4r U sal= 2.1v Uh= 0.3v

REBOTES DE UN PULSADOR Al accionar un pulsador mecnico, internamente un contacto de conmutacin contra

un contacto fijo.

83

PRACTICA 3 EJEMPLO 1

Simula un pulsador con rebote conectando un cable a 5v.

Cuntos puntos resultan a conectar la direccin? 16 con letras decimales

CORREGIR LOS REBOTES DE UN PULSADOR

EJEMPLO 2

Para corregir los rebotes de un pulsador no basta con conectar detrs de un

disparador de Schmitt. Los rebotes del pulsador generan impulsos de 0V o 5V de

manera que el disparador Schmitt entregara la misma tensin de salida a pesar de la

histresis. Para corregir los rebotes del pulsador se aprovecha mas bien la

caracterstica especial de un condensador. El condensador se va cargando de manera

lenta cuando se conecta tensin, y se vuelve a descargar relativamente despacio

cuando se conectan a ambos polos al mismo potencial. El pulsador (con rebote)

controla precisamente esas operaciones de carga y descarga del condensador.

Cuntos impulsos se producen al efectuar la conexin o desconexin? 16

84

PROYECTO DE ARDUINO

MATERIAL FOTO RESISTENSIAS

RESISTENSIAS

CABLE

LEDS

PROTO

ARDUINO

SERVOMOTOR

LINTERNA

DESCRIPCION

EL CIRCUITO LO QUE HACE ES QUE AL ALUSAR A UNA DE LAS FOTO RESISTENCIAS, SE PRENDE

EL LED, Y EL SERVOMOTOR SE MUEVE EN LA DIRECCION EN QUE ESTA ENCENDIDA LA

FOTORESISTENCIA.

Y EN CASO DE QUE ALUCEMOS EN AMBAS FOTORESISTENCIAS SE ENCIENDEN LOS LEDS Y NO

GIRA EL SERVOMOTOR.

85

UNIDAD 4 LENGUAJES HDL

COMPETENCIAS DE LA UNIDAD

Conocer el lenguaje de un HDL.

Implementar circuitos digitales utilizando un lenguaje HDL.

Leer e interpretar diagramas de circuitos digitales.

Colaborar en equipo para deducir soluciones aplicadas a circuitos digitales.

CRITERIOS DE EVALUACIN

a)

Examen 40%

Tareas 40%

Trabajo en equipo

b)

Examen 40%

Trabajo en equipo 30%

Investigacin 30%

c)

Examen 40%

Investigacin 30%

Participacin en clase 30%

d)

Examen 40%

Prcticas 30%

Tareas 30%

e)

Examen 40%

Practicas 40%

Tareas 20%

f)

Portafolio 60%

Investigacin 20%

Participacin en clase 20%

86

DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES Un Dispositivo Lgico Programable (PLD) es cualquier dispositivo lgico cuya funcin

est especificada por el usuario, despus de fabricado el dispositivo. Se usan para

reemplazar lgica SSI y MSI, ahorrando as en costo y tiempo en el diseo.

TIPOS

Existen 2 tipos de dispositivos lgicos, los cuales pueden programarse para

obtener ciertas funciones combinacionales o secuenciales, GAL y PALS.

Las PALS slo se programan 1 vez y la ecuacin no puede ser modificada. las GAL pueden ser reprogramadas varias veces.

CARACTERISTICAS

Capacidad multinivel

Niveles de jerarquas

Capacidad de combinar descripcin funcional y de comportamiento

Instrucciones que se definen una sintaxis independiente del nivel

Independencia tecnolgica

No depende de la forma de realizacin fsica posterior

Universalidad

Compatibles con gran nmero de herramientas

Facilidad de comprensin y lectura

Simplifica la documentacin

FABRICANTES

Actel (fusible y flash) , Altera, Atmel (con micros), Chip Express, Clear Logic, Cypress,

DynaChip, Fast Analog Solutions, Gate field, Hammer Cores, Lattice (SRAM y flash),

Lucent Technologies, Motorola, Orbit, Quick Logic, Quick Turn, Vantis, Xilinx.

PASOS PARA EL DISEO CON PLDS

Flujo de datos

Ecuaciones booleanas

Funcional o comportamental

Se basa en procesos en procesos y declaraciones secuenciales

Estructural

Mdulos estructurales o esquemtica

Para qu sirven los HDLS?

Los lenguajes de descripcin de HW sirven para modelar circuitos.

Los modelos se pueden simular para comprobar si corresponden con el

funcionamiento deseado.

O si se pueden sintetizar para crear un circuito que funcione como el modelo.

87

POR CAPTURA ESQUEMATICA

Se entiende el proceso de descripcin, mediante un dibujo de un circuito elctrico, en

el que representan a los diferentes componentes del circuito y solo se efectan

interconexiones entre ellas.

Existen varios programas con la aplicacin de captura esquemtica como el

schematic del lspStarter de Lattice semiconductor o fundation de LINUX entre

otros.

Esta tcnica permite simular en la computadora el circuito virtualmente y verificar su

funcionamiento antes de su fabricacin o implementacin en un PLD, reduciendo as

el ciclo de diseo y el tiempo de obtencin de un problema.

POR TABLAS DE VERDAD

Para aclarar el proceso es necesario un ejemplo especfico. La tabla de verdad

especifica un circuito combinacional de 3 entradas A B C y una salida.

El procedimiento implica los siguientes pasos:

1) Deducir el nmero de entradas y salidas, y se le asigna un smbolo a cada una.

2) Deducir la tabla de verdad que define la relacin entre entradas y salidas.

3) Obtener las funciones booleanas simplificadas

4) Dibujar el diagrama lgico y verificar que est correcto.

POR ECUACIONES BOOLEANAS

Si se requiere reducir la funcin que realiza el circuito. Este proceso parte del

diagrama lgico dado y culmina en un conjunto de funciones booleanas, una tabla de

verdad o una posible explicacin del funcionamiento del circuito.

POR COMPORTAMIENTO

Describimos la forma en que se comporta el circuito. Esta es la forma que ms se

parece a los lenguajes de software ya que la descripcin es secuencial.

A B C X

0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 1

88

MAPA CONCEPTUAL

CIRCUITOS SECUENCIALES CON HDL Tienen la capacidad para recordar o memorizar los valores de las variables de entrada

o esta operacin es impredecible en los sistemas automticos construidos con

circuitos digitales.

Sistemas digitales secuenciales

Se dividen en 2 circuitos:

Mquina de more

Mquina de Mealy

MQUINA DE MORE

Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los

elementos de memoria y de las entradas presentes al instante.

MQUINA DE MEALY

Este tipo de circuito las salidas dependen en de cada instante de los valores de los

elementos de memoria y de las entradas presentes al instante.

89

DESCRIPCIN VERBAL

Si el conductor presente y (AND) el conductor no (NOT) tiene el cinturn enganchado

Y (AND) el interruptor encendido est activo entonces encender la luz e advertencia.

EXPRESIN BOOLEANA

Luz advertencia= Conductor presente circuito enganchado interruptor encendido

DIAGRAMA ESQUEMTICA

Conductor presente

Cinturn enchanchado Luz de advertencia

Interruptor encendido

ECUACIN BOOLEANA

Es una funcin cuyo dominio son las palabras conformadas por los valores binarios 0

y 1 y cuyo condominio son ambos valores 0 y 1.

DIAGRAMA DE ESTADOS

Se debe pensar en la secuencia de operaciones por las que debe progresar el sistema. En este proceso de pensamiento se debe tener en cuenta las salidas que se necesitan que el sistema genere. Luego en primer lugar se describe el contador mediante un diagrama de estados, que muestra la progresin de estados por los que el contador avanza cuando se aplica una seal de reloj. Como ejemplo se muestra en la figura, un diagrama de estados de un contador bsico en cdigo Gray de 3 bits.

TABLA DEL ESTADO SIGUIENTE

Una vez que se define el circuito secuencial mediante un diagrama de estados, el

segundo paso es obtener la tabla del estado siguiente, que enumera cada estado del

contador (estado actual) junto con el correspondiente estado siguiente. El estado

siguiente es el estado al que el contador pasa desde su estado actual, al aplicar un

impulso de reloj. La tabla del estado siguiente se obtiene a partir del diagrama de

estados.

90

Estado actual Estado Siguiente

Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 1

0 0 1 0 1 1

0 1 1 0 1 0

0 1 0 1 1 0

1 1 0 1 1 1

1 1 1 1 0 1

1 0 1 1 0 0

1 0 0 0 0 0

CIRCUITOS SECUENCIALES HDL POR DESCRIPCIN DE COMPORTAMIENTO

Existen dos:

ITITIAL Begin Clock= 1b0; Repeat (30) #10 clock=Nclock end

ALWAYS Begin Clock=1bo; #300 $frnish End Always #10 clock=nclock

90

ASICRONO SICRONO E

E

TRANSICIN DE ESTADO

E(t) S(t)

Q (t+1)=G [E (t), Q (t)]

Q(t)

Sistema combinacional Sistema

combinacional

Elemento Memoria

Generador de impulsor (RELOJ)

Sistema combinacional

91

EJEMPLO

TABLA DE

ESTADO DIAGRAMA DE

TRANSICIN

Entrada Estado 0 1

S1 S2 S1

S2 S1 S2

0 1 I1 I3 I2

I2 I4 I1

I3 I1 I4 I4 I2 I3

I1

I3 I4

S2

1

1

1

1

0 0 0

0

92

CIRCUITOS COMBINACIONALES HDL Consiste en compuertas lgicas cuyas salidas en cualquier momento,

Estn determinadas por la combinacin actual de sus entradas.

EJEMPLO:

E1

E2

E3

Se puede obtener

Por captura esquemtica Por tabla de verdad Por ecuaciones Booleanas Por descripcin de comportamiento

Circuitos secuenciales HDL Tiene la propiedad de que la salida, no solo depende de la entrada actual,

sino tambin de la secuencia de entrada anteriores.

Ejemplo

Se puede obtener:

Por captura esquemtica

Por tabla de verdad Por ecuaciones

Booleanas

Por descripcin de comportamiento

Por tabla de estado Por diagrama de

transicin

FLIP-FLOP

93

DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES

QU ES UN PLD?

El PLD, o Dispositivo Lgico Programable, es un dispositivo con

caractersticas que pueden ser configuradas por el usuario por medio de

un programa y se le pueden implementar funciones lgicas que el usuario

necesite en un sistema.

La mayora de los PLDS integran una matriz de compuerta AND y una

matriz de compuerta OR (fijas o programables), una matriz de conexiones,

y algunas ocasiones, tambin registros.

EN QUE SE BASA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PLDS?

Las primeras memorias ROM las cuales eran programadas mediante la

destruccin de una matriz de diodos para realizar el almacenaje de datos,

an ms las primeras memorias los datos de la misma deban ser

grabados por el fabricante de la memoria con el consecuente costo y la

poca seguridad debido a que alguien podra conocer mis datos. Debido a

estos problemas surge la necesidad de poder almacenar los datos por el

usuario y surge as la PROM, siglas de programable ROM o sea memoria

de solo lectura programable.

EJEMPLO

Las entradas del PLD entran al arreglo lgico los cuales son hechos de

columnas y filas (en la figura se muestra tal arreglo) cada par de columnas

representa la entrada negada o complementada y la misma entrada sin

negar, cada fila constituye un trmino AND. Las conexiones lgicas se

establecen entre diferentes columnas y filas en la matriz para determinar

cul combinacin de entradas llevaran al termino AND a un nivel alto. Ms

de un trmino AND alimenta una compuerta OR. La salida es la suma de

productos.

94

ARQUITECTURA BASICA DE LOS PLDS

Los PLDS contienen una arquitectura general predefinida y se

puede reprogramar por el usuario.

Algunos PLDS contiene FLIP-PLOPS y LATCHES para ser usados

como elementos de almacenamiento para entradas y salidas.

Los pines pueden ser usados como entradas, salidas o Y/O con

habilitacin de tres estados.

VENTAJAS DE LOS PLDS

Reduce la cantidad de CI

Reduce el espacio en las tarjetas electrnicas.

Menor consumo de potencia.

Tiempo de diseo cort.

Se pueden realizar cambios del programa (mantenimiento).

Compacta.

PROCEDIMIENTO DE DISEO CON DISPOSITIVOS LOGICOS

PROGRAMABLES.

1. Especificar la funcin que el circuito deseado debe realizar.

2. Generacin de las ecuaciones booleanas requeridas para

implementar esa funcin.

3. Simplificacin de las ecuaciones booleanas.

4. Generacin de un mapa de fusibles desde las ecuaciones booleanas.

95

5. Simulacin Lgica (Opcional).

6. Programacin de dispositivo seleccionado.

7. Chequeo o test del dispositivo ya programado con el programador.

PROGRAMACION DE LOS PLDS

Programar significa realizar las conexiones reales en el arreglo, es decir

cuales conexiones deben estar en 0, 1. Existen 2 mtodos para programar

un PLD:

Programacin por ZIF

Programacin en Sistema

PROGRAMACIN POR ZIF

Este implica remover el chip del PLC y se requiere colocarlo en un

dispositivo especial llamado (Programador).

Actualmente los programadores se conectan a una computadora personal

donde contiene bibliotecas de informacin de diversos tipos de PLC Donde

ejecutan un software de programacin donde nos permite establecer

informacin como: Que dispositivo es, si esta en blanco o leer el estado de

cualquier conexin programable El resultado de una programacin exitosa

es un archivo llamado JEDEC donde por medio de ZIF ser grabado en el

chip.

96

PROGRAMACIN EN SISTEMA

Este mtodo el chip no necesita extraerse del circuito para su

programacin se la realiza por medio de un cable conocido como JTAG

donde tiene 4 terminales que son conectadas la PLC y es cargada la

informacin por medio de software que establece el formato apropiado de

PLC

DESVENTAJAS DE LOS PLD

Algunos aspectos negativos a sealar en estos circuitos vienen dado en

que

Las tcnicas de los circuitos impresos cambian considerablemente

La seleccin del encapsulado no es trivial

Las conexiones entre terminales son muy pequeas

Surge la necesidad de utilizar una circuitera adicional para el control

de la calidad.

REPORTE DE LA PRACTICA DE GALILEO

INTRODUCCIN

En est ocasin realizaremos una prctica en la cual utilizaremos lo que es

galileo, conoceremos sus caractersticas y la manera en cmo funciona,

como debemos utilizarlo sin daarlo.

Otra de las cosas que veremos es como con un galileo y un pequeo

cdigo podremos realizar una secuencia de encendido y apagado de un

led.

Veremos cmo hacer que el un servo motor se mueva con ayuda de un

frecuenciometro.

Y veremos cmo funciona el galileo con un sensor de luz, y cmo

podemos hacer que prenda y apague el led que tiene integrado el galileo.

QU ES EL GALILEO?

Intel Galileo es una plataforma de desarrollo de hardware, que permite la

creacin de objetos interactivos. Toma informacin del medio ambiente, la

procesa y genera acciones en respuesta.

97

PARTES DEL GALILEO

Ethernet.

RS-232 Port.

USB client.

USB host.

Digital pins.

5V Power In.

SD card.

SD Activity Indicator.

Power indicator

Arduino sketch reset.

Pin 13 LED.

Reboot button.

IOREF select analog pins.

Power pins.

PRACTICA 1 LED DEL GALILEO

En esta prctica lo que el galileo realizo es prender y apagar un led que

contiene integrado, con el siguiente cdigo:

int led = 13;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(led, HIGH);

}

void loop() {

//put your main code here, to run repeatedly:

digitalWrite(led, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(led, LOW);

delay(1000);

98

PRACTICA 2 SERVO Y POTENCIOMETRO

//Utiliza el Grover - sensor de Angulo giratorio para controlar la posicin de

la arboleada - servo-

//conecte el Grover - servo a la toma marcada D3

//conecte el Grover - sensor de ngulo giratorio para A0

#include

//Definirlos pines a la que estn conectados el servo y el sensor.

const int pinServo = 3;

const int potentiometer = 0;

//utilice un objeto servo para representar y controlar e servo.

Servo groveServo;

void setup()

{

//Dgale al objeto servo que pin que se utilizara para controlar el servo.

groveServo.attach(pin Servo);

//configura pines de sensor de ngulo de seales de entrada

pinMode(potentiometer, INPUT);

}

void loop()

{

//Leer el valor del sensor de ngulo.

int sensorPosition = analogRead(potentiometer);

//el valor analgico del sensor de ngulo est entre 0 y 1023, pero

//el servo solo acepta valores entre 0 y 179; utilizar el mapa()

//funcin como una conversin lineal entre los dos rangos.

int shaftPosition = map(sensorPosition, 0, 1023, 0, 179);

99

//utilice el objeto servo para mover el

servo.

groveServo.write(shaftPosition);

delay(15);

}

PRACTICA 3 TEMPERATURA, ZUMBADOR, LUZ

// Demo for Grove - Starter Kit V2.0

//

// Uses the Grove - Light Sensor to measure the ambient light, and turns on

the Grove - LED

// when the value drops below a certain threshold.

// In a bright room, try covering the Grove - Light Sensor with your hand.

// Connect the Grove - Light Sensor to the socket marked A0

// Connect the Grove - LED to D7

// Defines the pins to which the light sensor and LED are connected.

const int pinLight = A0;

const int pinLed = 13;

// Defines the light-sensor threshold value below which the LED will turn on.

// Decrease this value to make the device more sensitive to ambient light,

or vice-versa.

int thresholdvalue = 400;

void setup()

{

// Configure the LED's pin for output signals.

pinMode(pinLed, OUTPUT);

100

}

void loop()

{

// Read the value of the light sensor. The light sensor is an analog

sensor.

int sensorValue = analogRead(pinLight);

// Turn the LED on if the sensor value is below the threshold.

if(sensorValue < thresholdvalue)

{

digitalWrite(pinLed, HIGH);

}

else

{

digitalWrite(pinLed, LOW);

}

}

CONCLUSION

En estas prcticas que hemos realizado con el galileo, me di cuenta de

que se pueden hacer muchas cosas con este tipo de instrumento, a pesar

de que no tiene capacidad de guardar en memoria lo que se le programa

es muy sencillo de utilizar.

101

CONCLUSION FINAL En esta materia nos dimos cuenta es muy importante conocer que son los

principios elctricos y cmo los utilizamos a diario.

En la primera unidad aprendimos que es importante conocer lo que es la

electronica analogica, las funciones que contiene y sus caracteristicas de

cada una de ellas.

Tambin nos dimos cuenta de que los componestes que tiene son de

suma importancia dentro de algun circuito, ya que cada uno de ellos

realiza una funcion muy importante.

Y que es muy importante conocer los tipos de energia que existen, sus

caracteristicas, y el funcionamiento, la manera en la que puenden ser

utilizadas sus ventajas y desventejas.

En la unidad 2 vimos lo que es la electrnica digital, las funciones en las

que podemos aplicarla.

Uno de los temas importantes fue la aplicacin de las compuertas lgicas

ya que supe cmo es que realizan su funcionamiento, dentro de un

circuito, y como es que deben de ordenarse para obtener un buen

funcionamiento.

De las familias lgicas tambin es muy importante conocer sus

caractersticas, su funcionamiento y como es que estn conformadas.

En la unidad 3 vimos la importancia de los convertidores y la manera en la

que lo podemos aplicar. Vimos las caractersticas y sus aplicaciones, en

las cuales vimos cmo es que convierte las seales analgicas a digitales

y de digitales ha analgicas. Tambin vimos lo que es la histresis y cul

es su funcin, al ponerlo junto con un pulsador.

102

En la unidad 4 vimos lo que son los lenguajes de programacin HDL, lo

que podemos reliazar con ellos. Vimos que con los lenguajes HDL

podemos crear circuitos combinacionles los cuales se pueden representar

de la siguiente manera:

Por captura esquematica

Por tabla de verdad

Por ecuaciones booleanas

Por descripcion de comportamiento

Pero tambien podemos aplicar este tipo de lenguaje lo podemos aplicar en

los secicuitos combinacionales secuanciales. Los cuales se representan de

la misma manera que los circuitos combinacionales pero solo que cuenta

con dos formas mas para representarse que son:

Por tabla de estado

Por diagrama de transicion

Tambin realizamos varias prcticas con el galileo, con lo cual vimos que

es muy facil utilizarlos, y que podemos realizar proyectos de una manera

ms facil.

Principios Electricos y Aplicaciones Digitales

Documents

Transcript of Principios Electricos y Aplicaciones Digitales