REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA. FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ASIGNATURA: PROYECTO DE ELECTRÓNICA DIGITAL I
SEMÁFORO DIGITAL (LÓGICA COMBINACIONAL Y LÓGICA SECUENCIAL)
Elaborado por: Javier Hernández C.I. 20.578.572 Jairo Morales C.I. 20.582.526 Daniel Salas C.I. 21.212.847
Maracaibo, 12 de junio del 2014
ÍNDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN 1. OBJETIVOS 1.1 Objetivos Generales 1.2 Objetivos específicos 2. MARCO TEÓRICO 2.1.Compuertas lógicas 2.1.1. Tipos 2.2.Lógica combinacional 2.3.Lógica secuencial 2.3.1. Flip-flops 2.3.2. Contadores y registros 3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS 4. PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA 5. DATOS Y LECTURAS OBTENIDAS 6. CALCULOS TEÓRICOS-PRACTICOS 7. SIMULACIONES DEL EXPERIMENTO CONCLUSIONES REFERENCIAS
INTRODUCCIÓN
La electrónica digital se ha inmiscuido en la gran mayoría; por no referirse a todos los aparatos que se usan y vemos día a día, desde los paquetes de televisión, de comunicación, los sistemas de computación, y otros al menos tienen un codificador, contador o la más mínima expresión de la electrónica digital que es una compuerta lógica. Primero daremos una breve definición de lo que es la lógica combinacional; los sistemas combinacionales son aquellos en los que las salidas dependen exclusivamente de las entradas, el diseño de funciones o circuitos lógicos se realiza mediante el uso de compuertas básicas, y se pueden lograr codificadores, decodificadores, multiplexores, demultiplexores, y otros que se conocerán en secciones posteriores Ahora para la lógica secuencial se conoce como el método de ordenamiento de acciones, razonamiento y expresión de de la automatización de equipos y procesos, partiendo del principio de la lógica combinacional y agregando elementos de memorias se pueden crear los circuitos secuenciales, de registros, contadores y otros. Este trabajo lleva por nombre “Semáforo digital”, por lo el objetivo principal de este proyecto será la creación y desarrollo del mismo con el uso de circuitos combinacionales y secuenciales. Se entiende por semáforo como el dispositivo que se sitúa en intersecciones viales para regular el tráfico, en Venezuela los semáforos cuentan con los colores rojo, amarillo y verde para la señalización de parada, precaución y de avance respectivamente, en la actualidad los semáforos cuentan con un sistema de conteo para conocer cuantos segundos posee cada estado y también tienen un circuito de sincronización y de envió de datos hacia la central de tráfico. Para esta parte de la asignatura se tratara de igualar la calidad de los semáforos actuales implementando su sistema de señalización con sus tres colores respectivos y además se implementara su sistema de conteo para los tres estados
1. OBJETIVOS 1.1.Objetivo General -
Diseñar un semáforo partiendo del análisis de los principios y circuitos de la lógica combinacional y secuencial
1.2.Objetivos específicos -
Estudiar y analizar los principios de la lógica combinacional y secuencial
-
Diseñar un semáforo que contenga un sistema de señalización por LEDs y un sistema de conteo que se muestre a través de displays
-
Aplicar el circuito del semáforo en un protoboard y corroborar su funcionamiento
2. MARCO TEÓRICO 2.1.Compuertas secuenciales Una puerta
lógica,
o compuerta
lógica,
es
un dispositivo
electrónico con
una
función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Son circuitos de conmutación integrados en un chip. Existen tres acciones básicas en los circuitos de compuertas lógicas y son las siguientes:
AND. (“Y”): Esta operación se representa por un punto. X*Y = Z, leído “X y Y es igual a Z”, implica que Z=1 sí y solo sí X=1 y Y=1.
OR. (“O”): Esta operación se representa por el signo +. Por ejemplo: X+Y=Z. Se lee “X o Y es igual a Z”, que quiere decir que Z=1 sí y solo sí X=1 o Y=1 o ambas.
NOT. (“Inversor”): Esta operación se representa por un apóstrofe (´) (algunas veces por una barra). Por ejemplo: X´=Z (ó X =Z) se lee “no X igual a Z”. Es decir en
otras palabras, sí X=1 entonces Z=0, pero sí X=0 entonces Z=1.
2.1.1. Tipos A continuación se presenta en una tabla resumen todos los tipos de compuertas con sus símbolos en la circuitería y sus respectivas tablas de la verdad
2.2.Lógica combinacional Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a todo sistemadigital en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas. Las funciones (OR, AND, NAND, XOR) son booleanas donde cada función se puede representar en una tabla de la verdad. Por tanto, carecen de memoria y de realimentación.En electrónica digital la lógica combinacional está formada por ecuacion essimples a partir de las operaciones básicas del álgebra de Boole. Entre los circuitos combinacionales clásicos tenemos: Lógicos:
Generador/Detector de paridad
Multiplexor y Demultiplexor
Codificador y Decodificador
Conversor de código
Comparador
Aritméticos:
Sumador
Aritméticos y lógicos
Unidad aritmético lógica
Estos circuitos están compuestos únicamente por puertas lógicasinterconectadas entre sí. 2.3. Lógica secuencial La Lógica Secuencial es el Método de ordenamiento de acciones, razonamiento, y expresión de la automatización de maquinaria, equipos y procesos. En la lógica secuencial a diferencia de la lógica combinacional se hace uso de un elemento básico llamado flipflop. El flip-flop es un elemento de memoria que almacena un bit de información. Los circuitos lógicos secuenciales se dividen básicamente en dos grupos: Los circuitos asincrónicos y los circuitos sincrónicos. Los primeros pueden cambiar los estados de sus
salidas como resultado del cambio de los estados de las entradas, mientras que los circuitos sincrónicos pueden cambiar el estado de sus salidas en instantes de tiempo discretos bajo el control de una señal de reloj. 2.3.1. Flip-flops Los flip-flops son dispositivos sincrónicos y el estado de sus salidas es controlado en instantes de tiempo discretos por una señal de reloj durante los cambios de 1a 0lógico o de 0a 1lógico. Para lograr que los flip-flops respondan al cambio de la señal del reloj es necesario implementar un circuito que detecte el flanco de subida o bajada de la seña de reloj. Los flip-flops se encuentran de tipo RS, D, JK y de tipo T. 2.3.2. Contadores y registros Los contadores digitales son elementos importantes de muchos sistemas digitales. Además de efectuar la función obvia de contar, tienen la capacidad de integrarse en equipos para la medición digital de cantidades como tiempo, velocidad, frecuencia y distancia, entre otras. Los contadores encuentran también usos muy difundidos en la instrumentación digital. Los registros son dispositivos que almacenan temporalmente un conjunto de datos en forma de palabras binarias. Por lo general tienen tamaños de 8, 16, o 32bits, y se encuentran conformados por un conjunto de flip-flops, en los cuales se almacena la información. Estos dispositivos son empleados en los computadores para almacenar temporalmente datos, con los cuales se realizan operaciones binarias.
3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
Probotoard
Fuente de voltaje DC de 5V
Cables para conexiones
Multímetro
LED Verde
LED Rojo
LED Amarillo
Resistencias de 100kΩ y 21kΩ
Condensador de 1µF
LM555
Flip-Flops LM4027
Compuertas AND 74LS08
Compuertas OR 74LS32
Contadores 74LS192
Decodificadores 74LS47
Displays
4. PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA El LM555 en su modalidad estable, produce un pulso de temporización repetitivo que tiene una frecuencia definida por un par de resistencias y un condensador. El reloj se armó de manera que generara pulsos a frecuencia 1Hz, es decir, un pulso por segundo. El contador del bit significativo depende de la lógica de los Flip-Flop LM4027, que son JK pero se han conectado en configuración T, y las compuertas AND y OR. Se realizó la tabla de la verdad de manera que se siga la secuencia: 5 a 1, 1 a 4, 4 a 5. 5 para verde, después de 50 segundos pasa a 1 para amarillo, que luego de 10 segundos pasa a 4 para rojo, que esperara 40 segundos para pasar al 5 del verde.
El contador del digito menos significativo siempre estará contando de 9 a 0, controlado totalmente por el reloj, pero el contador del bit más significativo es controlado por el contador del bit menos significativo, que se activara cada vez que éste cambie de 0 a 9. De los contadores los bits pasan a los decodificadores, El decodificador recibe en su entrada el número que será visualizado en el display. Posee 7 salidas, una para cada segmento. Para un valor de entrada, cada segmento de salida toma un estado determinado (activada o desactivada) 5. DATOS Y LECTURAS OBTENIDAS Fotos del CKT montado
6. CALCULOS TEÓRICOS
La frecuencia del reloj: (
)
R1= 100kΩ ; R2= 21kΩ, C=1µF Tabla de la Verdad:
7. SIMULACIONES DEL EXPERIMENTO
CONCLUSIONES
Los circuitos combinacionales y secuenciales montados funcionaron de la manera esperada yel objetivo se logró en su totalidad ya que el circuito funciono como un semáforo, tal cual como el simulado. Presentamos problemas para lograr el funcionamiento correcto del semáforo. Ya que el conteo realizado no era el deseado. Esto era debido al pin 5 (UP) de los integrados contadores, que es el pin con el cual empieza una secuencia ascendente. En teoría este pin debía conectarse a tierra, pero en la práctica no fue así. Después de muchos intentos nos dimos cuenta de que este pin era la causa del problema, y tuvo que ser llevado a VCC para que los contadores siguieran la secuencia correcta.
REFERENCIAS
Pagina
web.
http://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_l%C3%B3gica.
4/05/2014.
Wikipedia en línea
Pagina
web.
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_combinacional.
4/05/2014.
Wikipedia en línea
Pagina web. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/ 050501.htm. 5/05/2014. Universidad Nacional de Colombia