UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA
I. TITULO: SUMADOR 2421
II. ANTECEDENTES:
Que conociendo el funcionamiento de cada una de las compuertas lógicas, y ya manejando algunos conceptos básicos del diseño digital se ha intentado construir un circuito capaz de sumar dos digitos en el código 2421 para luego mostrar en dos diplay’s su respuesta en el código decimal.
III. OBJETIVO GENERAL:
Desarrollar un circuito digital capaz de sumar dos números en el código 2421.
IV. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Entender el funcionamiento del circuito digital realizado.
Ampliar nuestros conocimientos teóricos y prácticos acerca del diseño digital.
V. FUNDAMENTO TEORICO:
El “display de 7 segmentos” es un dispositivo usado para presentar información de forma visual. Esta información es específicamente un dígito decimal del 0 (cero) al 9 (nueve), por lo que se intuye que que el código BCD está involucrado. El caso que nos atañe consta de 7 LED's (Light Emisor Diode), uno por cada segmento, que se encenderán o apagarán dependiendo de la información que se les envíe (dije que en este caso ya que existen también display 7 segmentos de cristal líquido, incandescentes, etc.).
Donde los 7 led's vienen indicados por las letras a, b, c, d, e, f y g. Con éstos pueden formarse todos los dígitos decimales. Por ejemplo, para formar el número tres deben activarse los led's a, b, c, d y g y desactivar los e y f. Para el uno se usan los led's b y c (ojo, esta es la combinación correcta no e y f). De forma análoga se procede para el resto de los casos. Veamos como queda:
Estos dispositivos pueden ser de tipo “Ánodo Común”
“Cátodo Común”
En el caso de los display de ánodo común todos los ánodos (+) de los led's comparten la conexión. Estos display requieren un cero (una tierra) a la entrada de cada segmento para encenderlo. En el caso de los display de cátodo común todos los cátodos (-) de los led's comparten la conexión. Estos display requieren un uno (Vcc) a la entrada de cada segmento para encenderse. Todas las conexiones deben ser hechas a través de una resistencia para regular la cantidad de corriente que pasa a través de los led's.
Existen casos donde aparece un octavo segmento que suele usarse como punto decimal (ver el DP):
En la figura pueden verse también una de las configuraciones de pines más popular que contienen los display 7 segmentos y lo que representan. Los pines 3 y 8 son el ánodo común ó el cátodo común (dependiendo de cual sea el caso del 7 segmentos elegido) y aunque regularmente es indiferente cual de ellos conecten existen casos de modelos de displays en los que, por sus especificaciones, se requieren ambos conectados (o también quizá porque requieran cumplir alguna condición de manejo de corriente en su circuito). El encapsulado de este mismo display luce algo como:
para la versión que contiene sólo un dígito pero existen algunas para más dígitos como por ejemplo el de dos dígitos que es bastante usado o los de X dígitos y medio donde el medio viene dado por el hecho de que él sólo puede representar el número uno (tiene únicamente dos segmentos).
Existen circuitos integrados a nivel MSI que pueden realizar la tarea de manejar estos displays. Estos IC's son decodificadores, específicamente los conocidos como decodificadores de BCD a 7 segmentos, como son los casos de los IC 7446, 7447 y 7448 de la familia TTL. El 7446 y 7447 tienen salidas con lógica negativa por lo que enviarán un cero al segmento que se desea encender. Esto quiere decir que manejan Displays 7 segmentos de ánodo común. Ambos son Open Collector (bueno para el manejo de corriente necesario en algunos casos) y se diferencian únicamente en la salida que pueden manejar (30v para el 7446 y 15v para el 7447). Nuestros circuitos generalmente estarán construidos con tecnología TTL a 5V y por ello lo más seguro es que empleemos el 7447. En el caso del 7448 las salidas son de lógica positiva por lo que son usados con los dispositivos cátodo común. Todos comparten una característica: esperan a la entrada un número en BCD y es para cada una de ellas que desplegarán el dígito decimal correspondiente. Pero aún así, estos IC tienen respuestas para otras combinaciones a la entrada distintas de BCD. En el siguiente dibujo se muestran las salidas reflejadas en los display de 7 segmentos para todas las combinaciones binarias de 4 bits posibles:Aparte de los dígitos decimales, se ven las salidas para cuando el decodificador tiene entrada de 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 y 1111. Este último caso apaga todos los segmentos y por ello no se ve nada.
A continuación se muestra una implementación típica usada para la prueba de los dislay de 7 segmentos:
El display mostrará el dígito decimal que corresponda con el número binario seleccionado por los interruptores 1, 2, 3 y 4 del dip switch. En esta configuración se ve que las resistencias delimitadoras de corriente se colocan en el ánodo común (sabemos que son ánodo común por el uso del 7447) pero dependiendo de la implementación, e incluso a veces del display, en algunos casos pueden requerirse el uso de una resistencia por cada segmento y la conexión directa de los ánodos a Vcc.
Sumadores en cascada
Es posible implementar sumadores para palabras de tamaño superiores a 4 bits si se disponen varios 74LS283 en cascada. Para el efecto, basta simplemente con conectar la salida C4 del sumador de menor peso a la entrada CO del sumador siguente. En la figura Nº 3 se muestra como se conectarían dos 74LS283 en cascada para con formar un sumador de 8 bits. Los dos sumadores se muestran recibiendo como datos a dos números binarios de 8 bits cada uno cuyos valores son: A=11001010, B = 11100111, co=0. El resultado de la operación, mostrado también en la misma figura es 10110001 y C4= 1.+
DECODIFICACION BCD A CÓDIGO DE 7 SEGMENTOS
Un dispositivo de salida muy utilizado para visualizar números decimales es el visualizado de 7 segmentos.
Los 7 segmentos se marcan con las letras de la a a la g.
Existes varios tipos de visualizadores dentro de los cuales encontramos, el denominado incandescente, que es similar a una lampara común, el de tubo de descarga de gas, que opera a tensiones altas y produce una iluminación anaranjada, el de tubo fluorescente, que da una iluminación verdosa cuando luce y opera con tensiones bajas, el mas moderno que es el de cristal liquido (LCD), este crea números negros sobre fondos plateados, y por último el visualizador común de diodos emisores de luz (LED) que produce un brillo rojo cuando luce. Existen visualizadores LED que cuando lucen emiten colores distintos del rojo.
Como el visualizador LED es el mas fácil de utilizar y el mas común por eso se tratará con mas detalles.
En la figura se muestra la forma de operación de un visualizador de 7 segmentos.
Figura 7: Operación de un visualizador de 7 segmentos
Cada segmento (de a a g ) contiene un LED. Como la corriente típica de un LED es de 20 mA, se colocan resistores de 150 (ohmios) con el fin de limitar dicha corriente. Sin este resistor, el LED podría quemarse debido a que un LED puede soportar solo 1.7V a través de sus terminales.
Existen dos tipos de visualizadores LED, el de ánodo común y el de cátodo común.
Cátodo común: cuando todos los cátodos están unidos entre sí y van directo a tierra.
Anodo común: cuando todos los ánodos están conectados entre sí y van a la fuente de alimentación como el caso del ejemplo del cual estamos hablando.
Si, por ejemplo, se desea que aparezca el número decimal 7 en el visualizador de la figura deben cerrarse los conmutadores a, b y c para que luzcan los segmentos a, b y c del LED. Observar que una tensión de tierra (baja ) activa a los segmentos de este visualizador LED.
En la figura se muestra el dispositivo TTL denominado decodificador excitador 7447A BCD a 7 segmentos, con su respectiva tabla de verdad.
Figura 8: Símbolo lógico del decodificador
I. DESARROLLO:
Después de analizar el problema propuesto, tratamos de desarrolar una función que convierta la respuesta de la suma en el código 2421 a un código BCD, y contando con los conocimientos básicos de cada una de las compuertas lógicas, diseñamos el circuito digital.
Ya teniendo el material y el equipo necesario implementamos el circuito digital en el protoboard y después de su simulación , y de las correcciones realizadas, nos aproximamos al objetivo propuesto.
II. MATERIALES:
2 sumadores bcd 74LS283
2 decodificadores 74LS47
2 display de 7 segmentos
Compuertas logicas
Cables
Switsh’s
2 protoboard
III. EQUIPOS:
Multiteser digital
Fuente de alimentación
IV. CONCLUSIONES:
Al término de esta práctica nos aproximamos al objetivo propuesto, adquiriendo y ampliando nuestros conocimientos acerca del mundo digital.
INGENIERIA ELECTRONICA
PROYECTO: ROBOT MOVIL SEGUIDOR DE LINEA
1. Motivación del Proyecto:
Un robot seguidor de línea se clasifica en el campo de la robótica móvil. La tarea fundamental de un robot móvil es el desplazamiento en un entorno conocido o desconocido, por tanto es necesario que posea tres funciones fundamentales, la locomoción (nivel físico), la percepción (nivel sensorial) y la decisión (nivel de control).
2. Metodología Adoptada:
En la metodología adoptada, vamos a clasificar la construcción del robot en tres niveles, cada uno de los cuales se diferencia un paso en el diseño y construcción del microrobot. Estos niveles son:
A. Nivel Físico: Comprende la estructura física, las unidades motoras (Motor de corriente continua de pequeña potencia).
La estructura de un robot seguidor de línea puede ser elaborada de una lamina de acrílico, aluminio, madera o de plástico, que se pueden conseguir fácilmente en el mercado. Esta proporciona apoyo para los motores y el circuito impreso.
En nuestro caso usamos la parte de dos carritos de juguete unidos por pernos .
Para impulsar el robot se utilizaron motores de corriente continua que posean la característica de girar a igual velocidad.
B. Nivel Sensorial: Está formado por el conjunto de sensores (Sensor óptico reflexivo CNY70) y de los sistemas básicos para su manejo. La percepción de este robot es de tipo visual, aunque no debemos pensar que el robot va a ver. Su captación visual consiste en diferenciar entre dos colores. Para este caso, la línea de color negro sobre una superficie blanca.
Aprovechando la propiedad física de la reflexión, el diodo emite una luz infrarroja dirigida hacia el suelo, y el fototransistor recibe los fotones generados por la reflexión que se produce sobre el suelo.
Para nuestro caso, se debe disponer dos sensores ubicados en los bordes de la línea negra. Los sensores adecuados para este tipo de aplicaciones son CNY70.
Se deben realizar pruebas sobre la ubicación de los sensores para que el móvil se desplace adecuadamente, porque puede suceder que aun cuando los sensores reconozcan la línea negra y el circuito de control realice la corrección de trayectoria, el móvil se salga de curso por la velocidad y masa del mismo (cantidad de movimiento). De esta forma los casos a tener en cuenta es: distancia entre el eje de las llantas y los sensores, distancia entre los mismos sensores con respecto al ancho de la línea negra y su alineación.
C. Nivel de Control:
Incluyen los circuitos básicos que relacionan las salidas de los sensores con las restantes unidades (en nuestro caso PIC16F84A y Trigger Schmitt 40106). En este nivel se busca dotar al microrobt de la capacidad para procesar la información obtenida por los sensores, así como actuar de una manera controlada sobre las unidades motoras.
El circuito de control es el que proporciona las señales hacia los actuadores dependiendo de las señales obtenidas en los sensores, las cuales son evaluadas de acuerdo al programa grabado en el PIC.
Un robot seguidor de línea se clasifica en el campo de la robótica móvil. La tarea fundamental de un robot móvil es el desplazamiento en un entorno conocido o desconocido, por tanto es necesario que posea tres funciones fundamentales, la locomoción (nivel físico), la percepción (nivel sensorial) y la decisión (nivel de control).
2. Metodología Adoptada:
En la metodología adoptada, vamos a clasificar la construcción del robot en tres niveles, cada uno de los cuales se diferencia un paso en el diseño y construcción del microrobot. Estos niveles son:
A. Nivel Físico: Comprende la estructura física, las unidades motoras (Motor de corriente continua de pequeña potencia).
La estructura de un robot seguidor de línea puede ser elaborada de una lamina de acrílico, aluminio, madera o de plástico, que se pueden conseguir fácilmente en el mercado. Esta proporciona apoyo para los motores y el circuito impreso.
En nuestro caso usamos la parte de dos carritos de juguete unidos por pernos .
Para impulsar el robot se utilizaron motores de corriente continua que posean la característica de girar a igual velocidad.
B. Nivel Sensorial: Está formado por el conjunto de sensores (Sensor óptico reflexivo CNY70) y de los sistemas básicos para su manejo. La percepción de este robot es de tipo visual, aunque no debemos pensar que el robot va a ver. Su captación visual consiste en diferenciar entre dos colores. Para este caso, la línea de color negro sobre una superficie blanca.
Aprovechando la propiedad física de la reflexión, el diodo emite una luz infrarroja dirigida hacia el suelo, y el fototransistor recibe los fotones generados por la reflexión que se produce sobre el suelo.
Para nuestro caso, se debe disponer dos sensores ubicados en los bordes de la línea negra. Los sensores adecuados para este tipo de aplicaciones son CNY70.
Se deben realizar pruebas sobre la ubicación de los sensores para que el móvil se desplace adecuadamente, porque puede suceder que aun cuando los sensores reconozcan la línea negra y el circuito de control realice la corrección de trayectoria, el móvil se salga de curso por la velocidad y masa del mismo (cantidad de movimiento). De esta forma los casos a tener en cuenta es: distancia entre el eje de las llantas y los sensores, distancia entre los mismos sensores con respecto al ancho de la línea negra y su alineación.
C. Nivel de Control:
Incluyen los circuitos básicos que relacionan las salidas de los sensores con las restantes unidades (en nuestro caso PIC16F84A y Trigger Schmitt 40106). En este nivel se busca dotar al microrobt de la capacidad para procesar la información obtenida por los sensores, así como actuar de una manera controlada sobre las unidades motoras.
El circuito de control es el que proporciona las señales hacia los actuadores dependiendo de las señales obtenidas en los sensores, las cuales son evaluadas de acuerdo al programa grabado en el PIC.
