LAB 3: CIRCUITOS SUMADORES Y DECODIFICADORES

LABORATORIO N° 3

CIRCUITOS SUMADORES Y DECODIFICADORES

  I.     CAPACIDAD TERMINAL

      -   Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.

-    Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.

-    Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

  II.     COMPETENCIA ESPECIFICA DE LA SESION

-    Implementación de circuitos de aritmética binaria usando C.I.: Sumadores y restadores.

-    Implementación de circuitos decodificadores y displays de 7 segmentos.

-    Utilizar un SIMULADOR para comprobar el comportamiento de los mismos.

  III.    CONTENIDOS A TRATAR

-    Circuitos Sumadores

-    Circuitos Decodificadores.

-    Display de 7 segmentos

  IV.    RESULTADOS

-    Diseñan sistemas eléctricos y los implementan gestionando eficazmente los recursos materiales y humanos a su cargo.

  V.     MATERIALES Y EQUIPO

-    Entrenador para Circuitos Lógicos

-    PC con Software de simulación.

-    Guía de Laboratorio. El trabajo se desarrolla de manera GRUPAL.

 VI.     FUNDAMENTO TEÓRICO:

-          CIRCUITOS SUMADORES:

Un sumador es un circuito que realiza la suma de dos palabras binarias. Es distinta de la operación OR, con la que no nos debemos confundir. La operación suma de números binarios tiene la misma mecánica que la de números decimales.

Por lo que en la suma de números binarios con dos o más bits, puede ocurrir el mismo caso que podemos encontrar en la suma de números decimales con varias cifras: cuando al sumar los dos primeros dígitos se obtiene una cantidad mayor de 9, se da como resultado el dígito de menor peso y “me llevo" el anterior a la siguiente columna, para sumarlo allí.

En la suma binaria de los dígitos 1 + 1, el resultado es 0 y me llevo 1, que debo sumar en la columna siguiente y pudiéndose escribir 10, solamente cuando sea la última columna a sumar. A este bit más significativo de la operación de sumar, se le conoce en inglés como carry (acarreo), equivalente al “me llevo una” de la suma decimal.

Semisumador. Es un dispositivo capaz de sumar dos bits y dar como resultado la suma de ambos y el acarreo. La tabla de verdad correspondiente a esta operación sería:

Que una vez implementado con puertas lógicas, un semisumador tendría el circuito:

Sumador completo. Presenta tres entradas, dos correspondientes a los dos bits que se van a sumar y una tercera con el acarreo de la suma anterior. Y tiene dos salidas, el resultado de la suma y el acarreo producido. Su tabla de verdad será:

Una vez implementado con puertas lógicas el sumador presentaría cualquiera de los siguientes circuitos:

Decodificador BCD a 7 segmentos

DECODIFICADOR: Es un elemento digital que funciona a base de estados lógicos, con los cuales indica una salida determinada basándose en un dato de entrada característico, su función operacional se basa en la introducción a sus entradas de un número en código binario correspondiente a su equivalente en decimal para mostrar en los siete pines de salida establecidos para el integrado, una serie de estados lógicos que están diseñados para conectarse a un elemento alfanumérico en el que se visualizará el número introducido en las entradas del decodificador. El elemento alfanumérico que se conecta a las siete salidas del decodificador también está diseñado para trabajar con estados lógicos, es un dispositivo elaborado con un arreglos de LED de tal manera que muestre los números decimales desde el cero hasta el nueve dependiendo del dato recibido desde el decodificador, a este elemento se le conoce con el nombre de display ó dispositivo alfanumérico de 7 segmentos. El decodificador está formado internamente por compuertas lógicas y sus conexiones internas son un sistema predefinido por el diseñador para que su función operacional sea un acople perfecto y efectivo con el display, observe como se  muestran a continuación en las especificaciones del fabricante.

DISPLAY 7 SEGMENTOS

El display 7 segmentos es un componente electrónico muy utilizado para representar visualmente números y letras, es de gran utilidad dado su simpleza para implementar en cualquier proyecto electrónico.
Esta compuesto por 7 dispositivos lumínicos(Led) que forman un “8”, de esta forma controlando el encendido y apagado de cada led, podremos representar el numero o letra que necesitamos.

DISPLAY 7 SEGMENTOS DE ANODO COMÚN Y CATODO COMÚN

Existen dos tipos de display de 7 segmentos, su principal diferencia es la conexión que debemos implementar para encenderlos, estos dos tipos se conocen como Anodo común y Catodo común.

En los 7 segmentos de Cátodo Común, el punto circuital en común para todos los Led es el Cátodo (Gnd), cero volt, Mientras que el Ánodo común el punto de referencia es Vcc (5 volt).

Teniendo en cuenta estas consideraciones la forma de encender los led debe realizase de diferente manera en función de que elemento tengamos (Ánodo o Cátodo común).

Cada Led trabaja con tensiones y corrientes bajas por lo tanto se pueden conectar directamente a compuertas lógicas o pines de salida de un micro controlador, igualmente siempre es recomendable para aumentar la vida util de los mismos, conectarle una resistencia en serie entre el pin de salida del micro controlador y el de entra del 7 segmentos, la intensidad lumínica en este caso dependerá del valor de la resistencia agregada.

TAREAS DE LABORATORIO:

1.       1. Los Números Binarios y su representación:

1.        2. Suma de números Binarios

SUMADOR COMPLETO DE 4 BITS:

1.       3. Tomando en cuenta el circuito anterior, SIMULAR dicho circuito y completar la tabla siguiente:

Acarreo Cin	Sumando A	Sumando B	Sumatoria ∑	Acarreo Cout
0	0001	0010	0011	0
0	0010	0011	0101	0
0	0011	0100	0111	0
0	0100	0101	1001	0
1	0101	0111	1100	1
1	0111	1000	10000	1
1	1000	1001	10010	1

1.       4. Armar circuito en el ENTRENADOR y verificar resultados:

1.       5. Visualización de Números Binarios (DECODIFICADORES)

1.       6. Tabla de verdad de un DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS

1.       7. Decodificador COMERCIAL: 7448

1.       8. Realice la SIMULACION del circuito mostrado. Luego realice la IMPLEMETACION en ENTRENADOR comprobando la tabla anterior.

Experimente y responda a las preguntas siguientes dentro del BLOG (video)

- ¿Qué sucede si la SUMATORIA es superior a 9?, ¿qué número se muestra en el DISPLAY y por qué?

Al realizar una sumatoria mayor a 9, se pudo observar que en el display aparecían letras, estas letras representan números de dos dígitos el 10 representado como A, el 11 como b y así sucesivamente.

- En el CI 7448, ¿para qué se utilizan los pines BI/RBO, RBI y LT?

Los pines LT, RBI yBI/RBO, como indican los símbolos del circuito lógico, todas las salidas (de a a g) son activas a nivel bajo, al igual que lo son LT (Lamp Test), RBI (Ripple Blanking Input) yBI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output).

Cuando se aplica un nivel bajo a la entrada LT y la entrada BI/RBO está a nivel alto, se encienden todos los segmentos del display. La entrada de comprobación se utiliza para verificar que ninguno de los segmentos está fundido.

- En el bloque del entrenador denominado HEX 7 SEGMENT DISPLAY, ¿para qué sirven las entradas LT, RBI y la salida RBO?

LT. Lamp Test.
  Cuando es cierta, nivel bajo, Cambia a nivel bajo todas las salidas desde la “a” hasta la “g” con lo que todos los segmentos del Display encenderán.

RBI. Ripple Blanking Input.

Cuando es cierta, nivel bajo Y A, B, C, D, son falsos, nivel bajo, se harán falsas las salidas desde la “a” hasta la “g”

Esto se utiliza para apagar los ceros a la izquierda en sistemas de más de una cifra.

-          01 no encenderá el 0

-          101 si encenderá el 0 de las decenas.

BI/RBO. Blanking Input o Ripple Blanking Output. 

Se utiliza para apagar los ceros a la izquierda en sistemas con más de un Display.

OBSERVACIONES:

-   Se pudo observar que gracias a nuestros dos segmentes y los números binarios se podían hacer diferentes combinaciones para dar un valor en el display.

-  Los pequeñas señales de 5V que nosotros mandamos a nuestras entradas se codifican y así podemos hacer la sumatoria en binario.

-    Se pudo observar el características interno de un display y como este funciona.

-  Pudimos notar que el decodificador esta internamente compuesto por compuiertas logicas en sus conexiones internas hay un sistema predefinido para que su funcion operacional sea un acople efectivo con el Display.

    

CONCLUSIONES:

-  El codificador tiene entradas con codigo binario y siete salidas conectadas a las entradas del display.

-  Un decodificador o descodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a la del codificador, es decir, convierte un código binario de entrada, tales que cada línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada.

-    EL sumador es un circuito digital que realiza la adición de números. En muchas computadoras y otros tipos de procesadores se utilizan sumadores en las unidades aritméticas lógicas.

INTEGRANTES:

-AGUILAR USCA, Alex Wladimir.

VIDEO:

LABORATORIO 5 CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP FLOPS

LABORATORIO N°5

CIRCUITOS CONTADORES CON FLIP FLOPS

I.                   CAPACIDAD TERMINAL:

•           Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
•           Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
•           Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

II.                COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA SESIÓN:

•           Implementación de circuitos monoestables.
•           Implementación de circuitos contadores con Flip Flops JK.
•           Utilizar un SIMULADOR para comprobar el comportamiento de los mismos.

III.             CONTENIDOS A TRATAR:

•           Circuitos Monoestables
•           Circuitos Contadores Ascendentes y Descendentes.
•           Aplicaciones con circuitos contadores.

IV.             RESULTADOS:

•           Diseñan sistemas eléctricos y los implementan gestionando eficazmente los recursos materiales y humanos a su cargo.

V.                TAREAS GUIADAS DENTRO DEL LABORATORIO

1. Determine la Ecuación Lógica y la Tabla de Verdad del circuito mostrado.

R	S	Q
0 0 0 1 1	0 1 0 0 1	0 1 1 0 1

2.  Compruebe en simulación el comportamiento de los circuitos mostrados.

3.   Armar circuito en el ENTRENADOR y verificar resultados. 

4. Conecte 4 flip flops de la forma mostrada para formar un CONTADOR, compruebe su        funcionamiento implementando de forma física. Agregue un Decodificador de BCD a 7 segmentos. Utilice los bloques mostrados:

5.   Reemplace los Flips Flops con un contador integrado Ascendente / Descendente, compruebe funcionamiento en ambos sentidos. Utilizar los bloques mostrados:

MARCO TEÓRICO:

LATCHES 

•           El Latch (cerrojo) es un dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (biestable). 
•           Almacenan información en forma asíncrona 
•           Con Latches se pueden hacer directamente circuitos secuenciales o se pueden usar para crear Flip-Flop.

LATCH SR (SET-RESET) 

-          Elemento de memoria más sencillo 

-          Es un biestable con un estado SET y otro de RESET (puesta a 1 y a 0)

Se tiene dos versiones:
Latch S-R con entrada activa en ALTO

Se tiene dos versiones:
Latch S R con entrada activa en BAJO.

Símbolo Lógico para los Latches

APLICACIÓN:

Si se aplica las formas de onda a las entradas del Latch, determinar la forma de
onda que se observara en la salida. Considere Q inicialmente en estado BAJO.

El diseño del circuito queda de esta forma:

La tabla de verdad para este circuito es la siguiente:

FLIP-FLOPS

•  Dispositivos síncronos (cambia de estado únicamente en un instante 
•   Especifico de una entrada de disparo denominado reloj) 
•   Los cambios de salida se producen sincronizadamente con el reloj 
•   Los Flip-flops son sensitivos a la transición del pulso de reloj más que a la duración.
•   Los circuitos secuenciales básicos que funcionan también como unidades de memoria elementales se denominan multivibradores biestables (por tener dos estados estables –alto y bajo-), también conocidos como Flip- Flops. 
•  Son capaces de memorizar un bit de información. 
•  Existen varios tipos de Flip-flops y variaciones de estos que permiten realizar funciones específicas, dependiendo de la aplicación.

Cambia de estado con:

• Sus entradas S (set) y R (reset) se denominan entradas síncronas. 
•  El cambio de estado se efectúa en el flanco de disparo de un impulso de reloj.
•  Las entradas S y R se pueden cambiar en cualquier instante en que la entrada del reloj este a nivel ALTO o nivel BAJO (excepto durante un breve instante de tiempo en las proximidades de las transiciones de disparo de reloj) sin que varíe la entrada.

APLICACIÓN:

Determinar la forma de onda Q, si se aplican las entradas mostradas a un
flip-flop disparado por flanco negativo. Suponer que inicialmente se encuentra en estado RESET.

•  Es el más versátil y es uno de los tipos de Flip-flops más utilizados. 
•  La entrada J realiza la función SET y la entrada K la función  RESET. 
•  No tiene “Condiciones no validas” (J y K pueden ser “1” simultáneamente).

Funcionamiento del FLIP-FLOP J K disparado por flanco positivo

APLICACIÓN:

Determinar la forma de onda Q, si se aplican las entradas mostradas a un flip-flop JK disparado por flanco positivo. Suponer que inicialmente se encuentra en estado RESET.

VIDEO:

OBSERVACIONES:

• Cada circuito forma un flip-flop básico del cual se pueden construir uno más complicado. 
• Cada flip-flop tiene dos salidas, Q y Q´ y dos entradas S (set) y R (reset). Este tipo de flip-flop se llama Flip-Flop RS acoplado directamente o bloqueador SR (SR Latch). Las letras R y S son las iniciales de los nombres en de las entradas (reset, set). 
• El flip-flop J-K se considera como el FF universal, tiene dos entradas para datos etiquetadas como J y K así como otra para el pulso de reloj(CK) 
• El flip flop es uno de los más usados en los circuitos digitales, y de hecho es parte fundamental de muchos circuitos avanzados como contadores y registros de corrimiento, que ya vienen integrados en un chip.
• No hubo dificultad al momento de realizar nuestro circuito esto fue debido a que nuestro display se encontraba en buen estado, ya que los otros displays estaban en mal estado.

CONCLUSIONES:

•           Concluimos que los LATCH son la base de los FLIP FLOP, que haciendo modificaciones en éstos lograremos distintos tipos de FLIP FLOP. 
•           Las configuraciones de MAESTRO-ESCLAVO son usadas en situaciones en la que se ve un riesgo de secuencia en la transferencia de datos, actualmente, la mayoría de CI no presentan esta dificultad, por lo cual ya no se usa mucho. 
•           Podemos concluir que un circuito flip-flop puede mantener un estado binario indefinidamente hasta que se cambie por una señal de entrada para cambiar estados. La principal diferencia entre varios tipos de flip-flops es él número de entradas que poseen y la manera en la cual las entradas afecten estado binario. 
•           Se mencionó que un circuito flip-flop puede estar formado por dos compuertas NAND o dos compuertas NOR.
•           Se implemento circuitos de lógica combinacional y secuencial.
•           El "Flip-flop" es el nombre común que se le da a los dispositivos de dos estados, que sirven como memoria básica para las operaciones de lógica secuencial.

¿Que he aprendido en esta experiencia?

El flip flop es un dispositivo de dos estados (biestables), que sirven como memoria básica para las operaciones de lógica secuencial. Los Flip-flops son ampliamente usados para el almacenamiento y transferencia de datos digitales y se usan normalmente en unidades llamadas “registros”, para el almacenamiento de datos numéricos binarios.

Son dispositivos con memoria más comúnmente utilizados. 

Sus características principales son:

•           Asumen solamente uno de dos posibles estados de salida.
•           Tienen un par de salidas que son complemento una de la otra.
•           Tienen una o más entradas que pueden causar que el estado del Flip-Flop cambie.

INTEGRANTES:

•           CALLOAPAZA TORRES, Cristhian
•           CALIZAYA FUERTES, Javier
•           AGUILAR USCA, Alex Wladimir