Comparador y sumador de dos números binarios de cuatro bits, y su conversión a sistema decimal (0 a 9).

Resumen:

El proyecto consiste en el diseño y programación de un circuito electrónico digital, el cual tiene la capacidad de comparar y sumar dos números binarios de cuatro bits, indicando cuál es mayor, menor o si son iguales, por medio de diodos led. Así como su conversión al sistema decimal y su representación física por medio de un display de siete segmentos. Objetivos:

x Diseñar un circuito electrónico combinacional comparador de números binarios.

x Simular el circuito electrónico en el software Proteus Design Suite. x Programar un Dispositivo Lógico Programable (PLD).

Introducción:

Al pasar el tiempo, la ciencia evoluciona constantemente de manera desmedida. Y con ello las tecnologías, son muchas las innovaciones tecnológicas que se crean día con día, por lo que saber acerca de ingeniería es esencial para el desarrollo industrial, laboral y académico.

Además, que la tecnología tiene todo tipo de aplicaciones buenas o malas, como lo es en la medicina, en la industria, en la biología, las telecomunicaciones, para ocio o diversión, o lo relacionado a lo bélico.

Sin embargo, la tecnología puede ayudar al estudiante, ya que cualquiera puede tener acceso a internet, de forma que se puede compartir y obtener información, hay comunicación entre personas, algunos juegos o simuladores de comportamientos físicos y químicos, entre otras muchas cosas que pueden ayudar a un buen aprendizaje.

En la actualidad, tanto en la industria como en algunos laboratorios de universidades de prestigio, se cuenta con sistemas complejos, que requieren de una metodología exacta, que garantice la correcta operación del proceso.

Por lo que el diseño de todo un sistema requiere que sea completamente preciso para evitar cualquier tipo de accidente, o productos defectuosos.

Todas estas tecnologías no fuesen posibles si no existiesen las matemáticas, las cuales son la base de la ciencia.

títulos no llevan puntuación;poner doble efecto (negritas y subrayado) es de mal gusto

“Los matemáticos suelen decir que la esencia de las matemáticas reside en la belleza de los números, figuras y relaciones, y hay una gran verdad en ello. Pero la fuerza motriz de la innovación matemática en los siglos pasados ha sido el deseo de entender cómo funciona la Naturaleza”. (Vázquez, 2002)

La electrónica es una herramienta fundamental para la automatización de los sistemas de control. Con ayuda de una programación se puede lograr crear cualquier tipo de proceso electrónico, electrohidráulico, electromecánico, o de cualquier carácter.

Algo de las cosas más notables del campo de la electrónica, como en cualquier otra área tecnológica, es lo poco que cambian los principios que rigen el comportamiento del sistema.

Los sistemas son cada vez más rápidos con velocidades de operación increíbles, sin mencionar la precisión con la que lo hacen, además que cada vez son más pequeños y procesan gran cantidad de datos de información.

Si nos detenemos a pensar que casi todos estos dispositivos fueron inventados hace años, nos podemos dar cuenta que todo es una mejora continua de las técnicas y diseños, que realmente son innovaciones tecnológicas,

Aquellos cambios más notables que se han presentado, son la disminución en tamaño de los componentes con los que funcionan los dispositivos electrónicos.

Marco Teórico:

En este proyecto, al hablar de sistemas, se hará referencia al enfoque de los sistemas digitales combinacionales, es decir, al algebra de Boole y las compuertas lógicas, las conversiones de bases, entre muchas otras.

Le definición de lo digital hace referencia a la forma de cómo las computadoras hacen operaciones contando dígitos. Los sistemas digitales combinacionales son conformados por un grupo de compuertas lógicas conectadas de tal forma que, sus salidas varíen únicamente en función de las entradas, en el instante. Por lo que se dice que estos sistemas no tienen memoria.

Las compuertas lógicas físicamente son circuitos integrados (IC por sus siglas en inglés Integrated Circuit) mejor conocidos como chips, son una especie de oblea semiconductora en la que son fabricados diminutas resistencias, transistores y condensadores, se pueden utilizar como oscilador, como temporizadores, contadores, amplificadores o procesos más complejos como procesador de computadores y microprocesadores.

citas directas se usan solamente cuando es indispensable

Los IC digitales operan a niveles o estados muy definidos, en vez de en un rango de amplitud de señal, como los dispositivos electrónicos analógicos. Estos chips son utilizados en las computadoras, módems, redes, y en nuestros teléfonos móviles solo por mencionar algunos.

Los chips se clasifican de acuerdo a la cantidad de componentes internos que contienen:

x SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: compuesto de entre 10 a 100 transistores.

x MSI (Medium Scale Integration) medio: entre 100 a 1.000 transistores.

x LSI (Large Scale Integration) grande: entre 1.000 a 10. 000 transistores, x VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: entre 10.000 a 100.000

transistores. x ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: entre 100.000 a 1.000.000

transistores. x GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: >1,000,000 transistores

Los componentes trabajan con señales digitales, que son dos valores lógicos 1 y 0 dados por ciertos voltajes. Donde para un dispositivo CMOS un cero lógico (LOW) va desde los 0 volts hasta 0.8 volts y para un uno lógico (HIGH) va desde los 3.5 volts a 5 volts, para dispositivos HC; 0 – 1 volts (LOW) y 3.5 – 5 volts (HIGH), para dispositivos TTL (que serán utilizados en este proyecto); 0 – 0.8 volts (LOW) y 2 – 5 volts (HIGH).

Los diferentes tipos de dispositivos lógicos se clasifican en "familias", de las cuales, las más importantes son la familia TTL y la familia CMOS.

Para este proyecto se utilizarán un TTL, los cuales están hechos a base de transistores bipolares. La familia lógica-transistor-transistor se desarrolló usando interruptores a transistor para las operaciones lógicas.

La familia TTL es la más grande de los circuitos integrados. Estos son económicos, pero consumen mucha energía y deben ser alimentados con 5 volts.

Los IC de la familia TTL, tienen un nombre que contiene un número de cuatro a cinco dígitos. Los dispositivos que son de otros tipos de construcciones, cambian sus nombres con letras en el centro de la numeración, para recordar al usuario que no se está utilizando el chip básico. Los números de dispositivos que empiezan con un prefijo corresponden a su serie, seguida por otro número que identifica el chip individual.

7400 La designación TTL. 74C00 El equivalente CMOS. 74LS00 La implementación del Schottky de bajo consumo (20% de ahorro).

Otro de los componentes a utilizar es un dispositivo lógico programable (PLD por sus siglas en inglés Programmable Logic Device), funciona con la “lógica programada”, la cual hace referencia a la posibilidad de establecer las operaciones lógicas de un IC determinada gracias a un lenguaje que permite describirla a un nivel más o menos alto.

La lógica programada requiere de software (en este caso el software de Lattice Semiconductor “ISPLever Project Navigator”), la descripción de su funcionamiento, y los circuitos integrados que soportan dicho funcionamiento (GAL22V10).

El software de la lógica programada suele expresarse a alto nivel conforme a un lenguaje de descripción de hardware, (HDL por sus siglas en inglés Hardware Description Language).

Los PLD son el claro ejemplo de que la tecnología ha estado evolucionando constantemente, porque, por una parte, los modernos métodos de fabricación permiten un grado de integración muy alto. Y por otro lado, al tratarse de dispositivos que no tienen ninguna función hasta que son programados, tienen aplicaciones muy amplias, por lo que su producción puede ser más grande y económicamente tiene mucho ahorro. Así cuando uno requiere de cierta función se programa, pero al querer hacer otro proceso, se borra el código anterior y codificando uno nuevo.

Materiales:

¾ Software:

x ISPLever Project Navigator Version 2.0.00.17.20.15 x Proteus Design Suite 8.6 SP2 Professional

¾ TTL:

x 1) SN7485 x 1) SN7483 ¾ PLD:

x 2) GAL22V10

¾ Otros componentes:

x 4) Diodos Led Verdes x 4) Diodos Led Rojos x 5) Diodos Led Amarillos

x 3) Diodos Led Azules x 1) Dip Switch 8 x 32) Resistencias 330Ω ½ W

x 1) 5161BS Display 7 segmentos Ánodo Común x 1) 5161AS Display 7 segmentos Cátodo Común

Desarrollo:

Comenzaremos por la descripción de cada uno de los componentes a utilizar en el circuito digital combinacional. Desde el más sencillo, hasta el más complejo. x El Dip Switch 8 es un conjunto de pequeños interruptores

eléctricos tienen el encapsulado típico de los IC básicos (que se denomina Dual In – Line Package – DIP), este tipo de interruptor tiene dos posiciones “ON” y “OFF”, utilizado en este circuito para conectar a los leds que representarán los números binarios.

x Los diodos led cumplen la función de generar luz visible a partir

de un paso de electrones a través de sus terminales; ánodo (terminal positiva) y cátodo (terminal negativa) siempre y cuando se polarice directamente, porque al ser polarizado al revés, funcionaría como un diodo de silicio impidiendo el paso de corriente, por lo cual, jamás encendería, de esta manera, se puede representar el valor lógico cero (low) como un led apagado, y el valor lógico uno (high). De la hoja de datos se puede obtener el voltaje de operación, así como la corriente máxima a temperatura ambiente, ya que estos componentes y la mayoría de componentes electrónicos, se ven alterados dependiendo de la temperatura. Tienen un ángulo de emisión, que de esto depende el color de la emisión de luz.

x El display de 7 segmentos es un arreglo de ocho leds que dependiendo de cómo encienden pueden representar un número decimal. Los hay de cátodo común el cual enciende con un valor lógico positivo (high), y de ánodo común el cuál enciende con un valor lógico cero (low). Con la finalidad de probar el funcionamiento de un display, se trabaja con los dos tipos que existen; de ánodo común (5161BS) y cátodo común (5161AS). La hoja de datos describe el componente; los voltajes a los que funciona, corrientes máximas, entre otras, incluyendo el paquete de dimensiones. El cual es de gran utilidad para el modelado 3D en algún diseño asistido por computadora (CAD), o bien para al momento de diseñar una placa de circuito, saber las medidas del componente.

Para un cátodo común el diagrama esquemático es el siguiente, donde las terminales comunes son la 3 y 8. Lo que facilita poner un resistor en estas para evitar que se quemen los led.

Para un ánodo común el diagrama esquemático es el siguiente, donde las terminales comunes son la 3 y 8. Lo que facilita poner un resistor en estas para evitar que se quemen los led.

x Las resistencias son transductores s que convierten la energía eléctrica en calor, manifestándose como una reducción en la corriente eléctrica, se mide en ohm (Ω). Este elemento impide o se opone al paso de corriente, causando que en sus terminales haya una diferencia de voltaje. Los valores de potencia comunes de las resistencias son: 1/4, 1/2, 1 watt, aunque hay de valores mayores, y esto indica qué tanto voltaje puede soportar sin quemarse. Por lo que son utilizadas para reducir la corriente en los led y no se quemen.

x El chip SN7483 es un IC que tiene la capacidad de sumar dos números binarios de cuatro bits, la suma es representada por cuatro terminales del chip una para cada bit, trabaja en el tiempo de los nanosegundos, por lo que su tiempo de respuesta es muy rápido; al instante para nuestra vista. Este circuito es caracterizado por su uso militar ya que soporta temperaturas de -55°C hasta 125°C, Internamiento cuenta con un sistema lógico de compuertas, constituido por NOR, NAND, NOT, EXOR.

Todo este diagrama se puede disminuir a solo una tabla de verdad.

x El chip integrado 7485 cumple con la función de comparar dos números binarios de cuatro bits, el cual indica por medio de tres salidas, cuál número es mayor, menor o igual que el otro.

A veces es necesario ver si una combinación de bits tiene el mismo valor o diferente respecto a otra, para realizar esto si tenemos unas combinaciones de 4 bits por ejemplo, necesitaríamos alrededor de unas 30 puertas lógicas (AND, N AND, OR, NOR) para determinar cómo es una combinación respecto a otra. El circuito integrado 7485 o subfamilia (74LS85, 74F85, 74S85, 74HCT85,..) nos proporciona toda la lógica en un único chip para comparar dos entradas de 4 bits.

El procedimiento para comparar dos entradas de datos binarios consiste primero en comparar el bit más significativo de cada una de las entradas, y si son iguales, se compara el siguiente bit más significativo y así sucesivamente hasta encontrar una desigualdad que indica cuál de los datos es mayor.

Al compararse todos los bits de ambos números y no hay un bit que los diferencie entre ellos, entonces el circuito activará la salida A=B indicando que los datos proporcionados en las dos entradas son iguales.

contenido copiado de http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-7485-ttl/

El comportamiento está en función del siguiente diagrama esquemático. Donde principalmente es una comparar por medio de compuertas NAND, AND y NOR.

Este chip al igual que el anterior tiene la posibilidad de conectar más integrados en cascada de manera que en vez de solo comparar cuatro bits, podría con un número de ocho o más. Todo el comportamiento se puede reducir a una tabla de verdad.

x Estos anteriores así como muchos más IC, están diseñados para cierta función, sin embargo, con el desarrollo del PLD se puede reducir la cantidad de chips a utilizar en un diseño que trabaje con bits.

Ya que por medio de un código se puede programar el comportamiento que se desee tener en el chip, además que cuenta con una mayor cantidad de terminales, por lo que se puede dar muchas aplicaciones.

El circuito implementado está conectado de tal forma detecte las entradas todos los circuitos integrados al mismo tiempo, conectados en paralelo las señales de voltaje llegan a todos por igual.

Entonces en base a lo descrito anteriormente, el circuito es un comparador de dos números binarios de cuatro bits, además que los suma y hace su conversión a decimal, sólo en números de 0 de 9, debido a la gran limitación de un solo display para cada número binario.

Primero se ejecuta el programa de Proteus para el diseño del circuito, mediante el cableado de los componentes entre sí. Se hace la prueba de una combinación.

Se ingresa un tres y un cinco, de manera que la suma de ambos números (7483). Es un 8 y se representa en binario por medio de led. Y se compara cuál es mayor.

Donde se indica que A es mayor que B.

Para su conversión en binario se utiliza el Gal22v10 que requiere de una programación para saber qué es lo que tiene qué hacer. En el código se declaran las variables de entrada en las terminales 4, 3, 2, 1. Se declaran las salidas de los siete segmentos del display, de manera que estos son combinacionales.

Se agrega una tabla de verdad, para ambos tipos de display. Donde para los 1 indican que ese segmento deberá encender en caso de ser cátodo común, o bien por medio de 0 en ánodo común.

Conclusiones:

Durante muchos años, las aplicaciones de la electrónica digital se limitaron a los sistemas informáticos. Hoy en día, esto ha cambiado considerablemente, ya que ahora abarca muchos más áreas.

Aplicaciones como la televisión donde se requieren de ciertos sistemas que trabajen con gran cantidad de datos que deben de ser almacenados para trabajar con ellos posteriormente, los sistemas de comunicaciones, un ejemplo común es cuando enviamos un archivo, que dice tener un “peso” en MB, pues realmente son datos guardados en bits de información, de radar, sistemas de navegación y guiado, sistemas militares, instrumentación médica, control de procesos industriales y electrónica de consumo, usan todos ellos técnicas digitales.

A lo largo de los años, la tecnología digital ha progresado desde los circuitos de válvulas de vacío hasta los transistores discretos y los circuitos integrados, conteniendo millones de transistores de manera diminuta.

Descargables:

x ISPLever Project Navigator: http://www.latticesemi.com/ispleverclassic

x Proteus Design Suite: https://www.labcenter.com/

x Archivos de la simulación:

https://mega.nz/#!ukt3CADD!EA6F4mlFg3TWD700ilTxhUaYGwm51TeuWyMw_UC7Jic

te faltan varios de los apartados que se solicitan en las instrucciones

da la impresión que estás reciclando un proyecto viejo y ni siquiera sé si es el tuyo ya que no revisamos avances en clase

además fue entregado tarde…

no vale muchos puntos bajo estas condiciones, ni de lástima

has tomado textos de la páginahttp://ocw.pucv.cl/cursos-1/sistemas-digitales/skinless_view aunque las instrucciones CLARAMENTE prohiben copiar y pegar – según las reglas deberías tener un cero

Bibliografía:

1. Vázquez, J. L. (2002). Departamento de Matemática Aplicada. "Matemáticas, ciencia y tecnología: una relación profunda y duradera". Madrid, España. www.mat.ucm.es/~rrdelrio/documentos/jlvazquez.pdf ISSN-e 1139-9325, volumen 4.

2. Boylestand, R., & Nashlesky, L. (2009). “Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos electrónicos” (Décima ed.). (L. M. Cruz Castillo, Ed., & R. Navarro Salas, Trad.) Naucalpan de Juárez, Estado de México, México: Pearson Education. ISBN: 978-607-442-292-4 http://www.pearsoneducacion.net/

3. Garza Garza, J. (2017). Educación e Innovación: para el desarrollo social. "Presentaciones y Vídeos de Clase: Diseño Combinacional DC3", San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México. http://jagarza.fime.uanl.mx/general/paginas/presentOct2017.htm

4. Olmo, M. (2008). Electricidad y Magnetismo. "Familias Lógicas - Familia Lógica TTL". HyperPhysics. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Electronic/logfam.html

5. © 330ohms. (2013). "¿Qué son los circuitos integrados?". https://www.330ohms.com/blogs/blog/85008836-que-son-los-circuitos-integrados

6. Floyd, T. L. (2006). “Fundamentos de sistemas digitales” (Novena ed.). (M. Romo, Ed.) Madrid, España: Pearson/Prentice Hall. ISBN: 84-8322-085-7 http://recursosmcc.pearsonenespanol.com/Floyd/

7. Ventura, V. (2014). Que circule la corriente. "¿Qué es la lógica programada?". https://polaridad.es/logica-programada-programable-que-es-pld-fpga-hdl-cpld/