LABORATORIO NRO. 2

LABORATORIO N° 02

DISEÑO DE CIRCUITOS

COMBINACIONALES

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.

I.      Competencia especifica de la sesion

• Comprobar las tablas de verdad de puertas lógicas y sus combinaciones.
• Conocer las principales Puertas Lógicas, su simbología y comportamiento
• Utilizar un SIMULADOR para comprobar el comportamiento de los mismos.
• Utilizar métodos de simplificación de compuertas lógicas.

Contenidos a tratar

• Tablas de Verdad, Mapas de Karnaugh, puertas lógicas, Combinación de puertas lógicas.

Resultados

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

Materiales y equipo

• Entrenador para Circuitos Lógicos
• PC con Software de simulación.
• Guía de Laboratorio. El trabajo se desarrolla de manera GRUPAL.

Repaso del laboratorio anterior

• Conceptos Básicos de Circuitos Digitales.

Fundamento teorico

Compuertas Lógicas

Las Compuertas Lógicas son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias (suma, multiplicación). También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Estas compuertas se pueden aplicar en otras áreas de la ciencia como mecánica, hidráulica o neumática.

Existen diferentes tipos de compuertas y algunas de estas son más complejas, con la posibilidad de ser simuladas por compuertas más sencillas. Todas estas tienen tablas de verdad que explican los comportamientos en los resultados que otorga, dependiendo del valor booleano que tenga en cada una de sus entradas.

Trabajan en dos estados, "1" o "0", los cuales pueden asignarse a la lógica positiva o lógica negativa. El estado 1 tiene un valor de 5v como máximo y el estado 0 tiene un valor de 0v como mínimo y existiendo un umbral entre estos dos estados donde el resultado puede variar sin saber con exactitud la salida que nos entregara. Las lógicas se explican a continuación:

• La lógica positiva es aquella que con una señal en alto se acciona, representando un 1 binario y con una señal en bajo se desactiva. representado un 0 binario.
• La lógica negativa proporciona los resultados inversamente, una señal en alto se representa con un 0 binario y una señal en bajo se representa con un 1 binario.

A continuación vamos a analizar las diferentes operaciones lógicas una por una comenzando por la más simple:

Compuerta AND

Esta compuerta es representada por una multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 para que la salida otorgue un 1 binario. En caso contrario de que falte alguna de sus entradas con este estado o no tenga si quiera una accionada, la salida no podrá cambiar de estado y permanecerá en 0. Esta puede ser simbolizada por dos o más interruptores en serie de los cuales todos deben estar activos para que esta permita el flujo de la corriente.

Compuerta OR

En el Algebra de Boole esta es una suma. Esta compuerta permite que con cualquiera de sus entradas que este en estado binario 1, su salida pasara a un estado 1 también. No es necesario que todas sus entradas estén accionadas para conseguir un estado 1 a la salida pero tampoco causa algún inconveniente. Para lograr un estado 0 a la salida, todas sus entradas deben estar en el mismo valor de 0. Se puede interpretar como dos interruptores en paralelo, que sin importar cual se accione, será posible el paso de la corriente.

Compuerta NOT

En este caso esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Para esta situación en la entrada se colocara un 1 y en la salida otorgara un 0 y en el caso contrario esta recibirá un 0 y mostrara un 1. Por lo cual todo lo que llegue a su entrada, será inverso en su salida.

Compuerta NAND

También denominada como AND negada, esta compuerta trabaja al contrario de una AND ya que al no tener entradas en 1 o solamente alguna de ellas, esta concede un 1 en su salida, pero si esta tiene todas sus entradas en 1 la salida se presenta con un 0.

Compuerta NOR

Así como vimos anteriormente, la compuerta OR también tiene su versión inversa. Esta compuerta cuando tiene sus entradas en estado 0 su salida estará en 1, pero si alguna de sus entradas pasa a un estado 1 sin importar en qué posición, su salida será un estado 0.

Compuerta XOR

También llamada OR exclusiva, esta actúa como una suma binaria de un digito cada uno y el resultado de la suma seria la salida. Otra manera de verlo es que con valores de entrada igual el estado de salida es 0 y con valores de entrada diferente, la salida será 1.

Compuerta XNOR

Esta es todo lo contrario a la compuerta XOR, ya que cuando las entradas sean iguales se presentara una salida en estado 1 y si son diferentes la salida será un estado 0.

Circuito electrico equivalente de una compuerta XNOR

Tareas guiadas dentro del laboratorio

1- RESOLVER el problema para automatizar el RIEGO de una planta.

• Se desea hacer un circuito de riego automático como el mostrado en la figura. El circuito deberá accionar la bomba en las siguientes condiciones:
• El circuito accionará la bomba solamente cuando la tierra esté seca, pero antes debe comprobar las siguientes condiciones:
• Para evitar que la bomba se estropee por funcionar en vacío, nunca se accionará la bomba cuando el depósito de agua esté vacío.
• Si hay restricciones en el riego (época de verano), sólo se podrá regar de noche. En el resto del año (si no hay restricciones) se podrá regar de día y de noche (si la tierra está seca).

Para la implementación del circuito se dispone de las siguientes entradas:

S: Señal que indica si la tierra está seca.

Tierra seca: S=1 ; Tierra húmeda: S=0

R: Señal que indica si hay restricciones en el riego (es verano):

Hay restricciones: R=1 No hay restricciones: R=0

D: Señal que indica si es de día o de noche: Día:

D=1 ; Noche: D=0

V: Señal que indica si el depósito de agua está vacío:

Vacío: V=1 ; Hay agua: V=0

Y la salida B, que accionará la bomba para regar: Bomba funcionando: B=1 ; Bomba apagada B=0 

Con esta información se debe:

• Elaborar la tabla de verdad del circuito
• Obtener la ecuación lógica
• Hacer el mapa de Karnaugh y obtener la ecuación simplificada
• Simulación en PC
• Agregue una LAMPARA como salida la cual debe encender sólo si el depósito está vacio y es de noche.

 Solucion utilizando tablas de verdad

 Simplificacion utilizando el programa ON LINE

2. Simulación de circuito mediante PROTEUS

3. DE SOLUCIÓN AL SIGUIENTE PROBLEMA, SIMULE E IMPLEMENTE:

Se desea realizar un circuito de control para el toldo de una terraza de una vivienda. El toldo tiene la función tanto de dar sombra como de proteger del viento y de la lluvia. Así que es un toldo resistente al viento y a la lluvia, manteniendo la terraza seca en los días de lluvia.

Para el circuito de control tenemos las siguientes entradas:

Señal S: Indica si hay sol 

Señal L: Indica si llueve

Señal V: Indica si hay mucho viento

Señal F: Indica si hace frío en el interior de la casa.

Según los valores de estas entradas se bajará o subirá el toldo. Esto se realizará mediante la señal de salida BT (Bajar Toldo). Si BT='1' indica que el toldo debe estar extendido (bajado) y si BT='0' indica que el toldo debe estar recogido (subido).

El sistema se muestra en la figura.

El circuito que acciona el toldo que debe funcionar según las siguientes características:

• Independientemente del resto de señales de entrada, siempre que llueva se debe de extender el toldo para evitar que se moje la terraza. No se considerará posible que simultáneamente llueva y haga sol.
• Si hace viento se debe extender el toldo para evitar que el viento moleste. Sin embargo, hay una excepción: aún cuando haya viento, si el día está soleado y hace frío en la casa, se recogerá el toldo para que el sol caliente la casa.
• Por último, si no hace viento ni llueve, sólo se bajará el toldo en los días de sol y cuando haga calor en el interior, para evitar que se caliente mucho la casa.

Con esta información se debe:

• Elaborar la tabla de verdad del circuito
• Obtener la ecuación lógica
• Hacer el mapa de Karnaugh y obtener la ecuación simplificada
• Simulación en PC e implementación en Entrenador Físico

VÍDEO EJECUCIÓN DEL CIRCUITO DE CONTROL

FOTOS DE LOS COMPONENTES UTILIZADOS EN EL LABORATORIO:

 

DISPOSITIVO "AND" DE DOS ENTRADAS

PATCH PANEL

CIRCUITO IMPLEMENTADO

MODULO DE ENTRADA "OR" VISTA LATERAL

 EQUIPO DE TRABAJO

OBSERVACIONES:

-          Entre los dispositivos que se utilizaron para implementar el circuito del laboratorio, se hallaron varios que estaban dañados, lo que complico el desarrollo de la tarea, pues tuvimos que esperar que otro grupo de compañeros terminara para poder prestarnos dichos dispositivos.

-          Se utilizo un software acoplado al patch panel donde se implemento el circuito para controlar las entradas como “0” o “1” y de este modo evitar errores.

      CONCLUSIONES:

-          La designación de “0” o “1” en algunos dispositivos varían según los fabricantes, por tanto, es importante conocer y/o leer las instrucciones de dichos dispositivos.

-          Existen software (paginas) para el desarrollo de las tablas de verdad, Mapa de Karnaugh, fórmulas y la conexión de los circuitos en este caso utilizamos: www.32x8.com

-          En el mapa de Karnaugh entendemos que, aunque lo desarrollamos en una hoja plana, su forma real es “esférica” y debemos entenderlo de este modo.

-          Las salidas en nuestra tabla de verdad no siempre serán “0” o “1” en ocasiones tendremos “indeterminados” que no son ni “0” ni “1” y tampoco afectan a nuestro circuito de control.

-          Se amplió el conocimiento del funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.

-          Se utilizó un programa simulador para comprobar el funcionamiento de nuestro circuito antes de implementarlo en el patch panel

-          Aunque los softwares que podemos utilizar nos ayudan a simplificar las tareas de desarrollo lógico, la lógica básica para implementar un sistema de control nace en el razonamiento y experiencia del técnico u operario, sobre lo cual se aplicaran dichas herramientas virtuales.

Resumen

• Compuertas Lógicas

En esta experiencia pasamor a usar 3 compuertas logicas AND, OR Y NOT.

• Tablas de verdad

• Simulación de Circuitos Lógicos

• Implementación de circuitos lógicos en entrenador

Bibliografia

• Floyd, Thomas (2006) Fundamentos de sistemas digitales. Madrid.: Pearson Educación (621.381/F59/2006) Disponible Base de Datos Pearson
• Mandado, Enrique (1996) Sistemas electrónicos digitales. México D.F.: Alfaomega (621.381D/M22/1996)
• Morris Mano, M. (1986) Lógica digital y diseño de computadoras. México D.F.: Prentice Hall (621.381D/M86L)
• Tocci, Ronald (2007) Sistemas digitales: Principios y aplicaciones. México D.F.: Pearson Educación. (621.381D/T65/2007) Disponible Base de Datos Pearson