PROYECTO FINAL

SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES

POR

JOSE PABLO SALAMANCA PLAZAS

C.C. 74.080.769

VICTOR HUGO ARRIETA

HOSSMAN ENRRIQUE GARCIA

LUIS MANUEL OLIVAR

Presentado al Tutor:

CARLOS EMEL RUIZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

CEAD SOGAMOSO

16 de diciembre de 2013

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como fin poner en práctica los conceptos vistos en el

curso de sistemas digitales secuenciales. Lo cual tiene como finalidad diseñar e

implementar un sistema de control de acceso y salida de un parqueadero.

El cual debe indicar accesos, ocupantes y cupos disponibles procesando estas

variables y evidenciándolas en Display 7 segmentos para que la recepcionista del

hospital tenga claridad de los cupos de cada sala sin necesidad de desplazarse

hacia ellas.

En el desarrollo del diseño se implementaron sistemas combinacionales y

secuenciales, y máquinas de estado entre otros y finalmente fue simulado

mediante el programa PROTEUS.

Cada día se hace más evidente el uso de la tecnología electrónica, ya que se le

facilitan mejor el bien vivir de los ciudadanos. Es por esto que debemos estar

preparados para brindarles a los demás una mejor forma de vivir.

El objetivo de este trabajo es permitirnos como estudiantes realizar una

investigación que nos pueda identificar y explicar, algunas técnicas de elaboración

de circuitos digitales a partir del planteamiento de un problema que es

perfectamente aplicable a la vida real.

Se hace necesario que a través del trabajo en equipo de los integrantes del grupo

colaborativo se logre fortalecer los conocimientos adquiridos en cada una de las

actividades planteadas para la unidades desarrolladas referente a los temas de

almacenamiento de información, circuitos multivibradores, manejo de Flip-Flop y

máquinas de estado para finalmente plasmar las conclusiones obtenida.

OBJETIVOS

Diseñar e implementar un sistema de control de acceso y salida a un hospital

basándose en el estudio, análisis y aplicación de los Sistemas Digitales

Secuenciales.

Sustentar el sistema de control de acceso y salida de un parqueadero de acuerdo

con las variables establecidas.

Diseñar y simular el circuito para validar su correcto funcionamiento y solicitud del

tutor con su respectivo análisis.

Temáticas revisadas: Unidades I y II.

Cerrojos, sistemas combinacionales y Secuenciales, Flip-Flops, Diseño de

Máquinas de Estado, Registros de Desplazamiento y Memorias

Actividad 1. Diseño e implementación del proyecto.

El proyecto tiene como finalidad la solución a una situación real para el control de

entrada y salida de personas a un hospital y que debe estar limitado a condiciones

previamente establecidas; el grupo colaborativo debe entregar una única solución

junto con la simulación, no se aceptan trabajos independientes.

Los participantes deben fijar las reglas de funcionamiento del equipo de trabajo,

cuidando la planificación del tiempo disponible hasta la entrega del proyecto final

de acuerdo con la agenda del curso, determinando los diferentes pasos que hay

que tener en cuenta para completar la actividad y los tiempos estimados para cada

uno.

Los comentarios deben llevar una argumentación válida y de ser necesario estar

enmarcados en otros documentos debidamente referenciados. Estas

participaciones en el foro deben construir un aporte significativo para dar solución

a la propuesta planteada.

Descripción del Problema: Control de entrada y salida de personas a un

Hospital.

El grupo colaborativo debe diseñar e implementar un sistema de control para

controlar la entrada y salida de personas a un Hospital, las áreas para el control

son identificadas como:

zona A, Urgencias

zona B, Maternidad

zona C, Quemados

zona D, Cuidados Intensivos

Cada zona tiene un cupo máximo para 15 personas. Las siguientes

consideraciones se deben tener en cuenta al momento de diseñar el proyecto.

Las zonas deben estar identificadas por separado: A, Urgencias; B,

Maternidad; C, Quemados y D, Cuidados Intensivos.

En la entrada general del hospital debe haber dispositivo (display 7

segmentos) que indique la disponibilidad de ingreso en cada una de las

zonas.

Cuando una persona va a ingresar al hospital debe identificar la zona hacia

donde se dirige, primero se verificará si hay disponibilidad en la entrada

general y de esta manera se autorizará la entrada y automáticamente se

incrementará el número de personas en cada zona.

Cuando una persona de cualquier zona salga del hospital debe

evidenciarse en la entrada general el nuevo cupo disponible.

Cuando en alguna de las zonas no hay cupos disponibles se debe

visualizar en la entrada el número de personas que hay en cada zona del

hospital.

Recuerde que si en las cuatro zonas del hospital el cupo está completo, no

se debe permitir el acceso a más personas.

El equipo de trabajo debe realizar todo el proceso explicando cada uno de los

pasos necesarios para la realización del sistema asegurando su funcionamiento,

recuerde que se debe realizar un video donde se evidencie el funcionamiento del

proyecto; el link del video debe estar adjunto al contenido del informe final, el video

debe tener audio de cada uno de los participantes que colaboraron en la

realización y montaje del proyecto.

Actividad 2. Construcción y Entrega Informe Final.

En este espacio los integrantes del grupo colaborativo deben interactuar

asertivamente y dar a conocer sus inquietudes sobre el desarrollo de la actividad y

la construcción del informe final. Todos los integrantes del grupo son responsables

el éxito en la presentación del informe.

Cada estudiante debe ingresar diariamente al foro de trabajo colaborativo durante

el período en que se encuentre abierta la actividad y debe dejar evidencia de sus

aportes “significativos” en la construcción del informe final y de su interacción con

los demás compañeros de grupo.

Actividad 3. Evaluación proceso de trabajo colaborativo.

En este espacio los integrantes del grupo colaborativo deben:

Dar a conocer sus inquietudes sobre el desarrollo de la actividad.

Construir un documento grupal donde se describa el proceso del trabajo

colaborativo que se llevó a cabo durante el período académico.

El documento grupal es el resultado de los aportes individuales de los

integrantes de equipo de trabajo; es decir, cada estudiante debe publicar un

texto en el foro donde se evidencie lo siguiente:

Descripción de las actividades que hizo para la ejecución del proyecto.

Descripción de las actividades que realizó el grupo colaborativo para la

implementación del proyecto.

Qué aprendió con el desarrollo de los trabajos colaborativos y el proyecto

durante el curso de Sistemas Digitales Secuenciales.

Descripción del desempeño de cada uno de los compañeros del grupo

colaborativo.

Con la información suministrada por cada uno de los integrantes del equipo de

trabajo colaborativo, el grupo debe construir un documento final con máximo dos

(2) páginas que incluya los aspectos mencionados anteriormente y adjuntarlo

antes de la fecha de cierre de la actividad 11 en el foro “Tarea 3. Evaluación

Grupo”.

El documento grupal debe ser subido adjuntado al foro respectivo dentro del

campus por el Líder del grupo colaborativo o su delegado antes de la fecha de

cierre de la actividad número 11.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Descripción general

Para proceder al diseño del contador, debemos partir de determinar el número de

bits requeridos para representar un número decimal de 0 a 15 y estos son cuatro

bits.

Con un sistema binario se requieren cuatro bits, ya que 24 = 16, luego son 16

combinaciones diferentes para 16 números decimales.

Características del contador

Son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria,

característica de temporización y de memoria, por lo cual están constituidos a

base de flip-flops,

1. Un número máximo de cuentas (módulo del contador)

2. Cuenta ascendente o descendente

3. Operación síncrona o asíncrona

4. Autónomos o de auto detención.

UTILIDAD

En nuestro caso lo utilizaremos para contar eventos puesto que el hospital

requiere de un sistema secuencial que cuente el número de personas que

ingresan por cada área y quede registrado por un display de 7 segmentos que

sirve de visualizador al momento de ingresar al hospital es necesario garantizar

que el contador se encuentre primero en 0 y luego vaya incrementando su valor de

uno en uno, en este caso se requiere controlar el estado de las salidas

Q0,Q1,Q2,Q3 sin importar que haya iniciado o no la secuencia de reloj.

Este nuevo estado lo denominamos PRESET o SET asíncrono, ya que debe

permitir cargar un dato inicial de conteo independientemente del estado de la

señal de reloj, Igualmente, cuando el estado a almacenar en las salidas Q0 a Q3

es un cero, la señal recibe el nombre de CLEAR (CLR) o RESET asíncrono.

OTRAS UTILIDADES

1. Número de pulsos de reloj

2.Medir frecuencias

3. Se utilizan como divisores de frecuencia y para almacenar datos (en un reloj

digital)

4. Se utilizan para direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.

BASE TEORICA PARA LA REALIZACION DEL PROYECTO

Lo primero que tenemos que tener en cuenta para la realización del proyecto es

tener conceptos claros de los elementos que vamos a utilizar en el desarrollo de la

actividad durante el desarrollo del curso trabajamos con cada uno de ellos y ya

conocemos el funcionamiento de casi todos los componentes nos centramos

primero en el tipo de contador que demos implementar.

A base de estos conocimientos previos para el desarrollo de la actividad debemos

estar en capacidad de entender el funcionamiento de algunos circuitos integrados

que cumplen con la misión de realizar el conteo ascendente descendente por eso

se elije arbitrariamente el circuito integrado CD40192 que cumple con la

explicación hecha de la siguiente manera

Contadores de Propagación: Los contadores digitales o binarios en esencia son

un grupo de FLIP-FLOPs dispuestos de tal manera que sus salidas proporcionan

una secuencia determinada como respuesta a los acontecimientos que ocurren a

la entrada del reloj. Estos acontecimientos pueden ser por lo general pulsos de

reloj (sincrónicos) o acontecimientos aleatorios (asincrónicos) alimentados como

entradas por la terminal de reloj de los FLIP-FLOPs. Los contadores de

propagación se basan en este último principio para generar secuencias binarias

que cambian como respuesta a eventos.

Para conformar un contador de n bits solo basta tener n FLIP-FLOPs, uno para

cada BIT de información. A continuación se dará una descripción sobre la

estructura y funcionamiento de los contadores de propagación más comunes en

lógica secuencial.

Contador de propagación ascendente: El FLIP-FLOP T, tiene especial

aplicación en los contadores, debido a la habilidad que tienen para cambiar a su

estado complementario, después de un evento de reloj.

Este contador cuenta en forma ascendente desde 0000 hasta 1111, es decir que

tiene 16 estados diferentes (2n =16). En electrónica digital, existe una notación que

define el número de estados de un contador, designada por la sigla MOD más él

número de estados, por esta razón se dice que es un contador MOD16.

Contadores con números MOD < 2n Los contadores básicos pueden ser

modificados para producir números MOD < 2n permitiendo que el contador omita

estados que normalmente hacen parte de la secuencia de conteo.

Contador décadas MOD 10

Asumiendo que la compuerta NAND no estuviera presente, el contador sería

MOD16, sin embargo la presencia de esta compuerta altera el funcionamiento

normal cuando las salidas Q3 y Q1 que van a la compuerta son 1. Esta condición

ocurrirá cuando el contador pase del estado 1001 (9) al 1010 (10), haciendo que

las entradas asíncronas CLR de los FLIP-FLOPs sean 0 y por tanto el contador

pase al estado 0000.

Contador de propagación descendente:

Los contadores descendentes cuentan en forma inversa, por ejemplo de 1111

hasta 0000. En la Figura se observa un contador descendente de 4 bits. Note que

este contador es similar al ascendente excepto que las salidas ahora son su

complemento.

Contadores Asíncronos

Para dar continuidad al diseño del circuito contador de personas del hospital,

procedemos ahora a diseñar el circuito contador de eventos, en este caso los

eventos son los pulsos generados por cada persona que cruza por la puerta del

hospital para ingresar Como el conteo es de máximo 15 personas, el contador

debe ser módulo 16; un contador que genere la secuencia de cero a 15, para lo

cual se requieren únicamente cuatro bits.

LISTA DE MATERIALES

Cantidad Componente Referencia

3 Compuerta AND 4081

4 Compuerta OR 4071

4 Oscilador 4093

2 microswitth N.A

2 Contadores ascendente-descendente 40192

1 Batería 5 voltios DC

2 Display 7 segmentos Cátodo común

2 Condensadores 220uF

12 Resistencia 330Ω

2 Resistencia 10KΩ

1 Decodificador BCD a 7 segmentos 4543

3 Led Rojo, verde, azul

Descripción de los componentes a utilizar

Contador CD40192

El CD40192b es un contador pre ajustable BCD ascendente /Descendente y el

CD40193B es un contador binario pre ajustable ascendente /descendente

constan de

4 reloj sincrónicamente

puerta "D" tipo flip-flops conectados como un contador

un PRESET permiten el control individual

reloj despertador y señales de bajada

un master RESET.

Cuatro salidas de la señal de Q

Podemos dar una idea general a la hora de implementar el contador el

decodificador y el oscilador correspondiente básicamente es lo que vamos a

implementar en nuestro montaje en el simulador proteus

CD4093 como oscilador

Circuito Integrado CD4093 CMOS, es una compuerta NAND Schmitt Trigger, su

voltaje de funcionamiento puede ser de 3V a 15V, el circuito es de los más fáciles

de armar, con el potenciómetro podemos variar la velocidad de oscilación que se

produce en RC, si lo deseamos podríamos quitar el potenciómetro y por medio de

la R1 continuaría la oscilación dependiendo del valor del capacitor y resistencia

podemos variar la frecuencia, en la patilla #2 podemos tener el control, cuando

recibe un nivel lógico alto(H) se activa y el nivel bajo(L) se detiene la oscilación,

Nos basamos en el siguiente circuito para utilizar nuestro integrado 4093 como

oscilador .

Utilización del CI 4093 en el simulador utilizamos una resistencia R1 de 330 Ω y

un condensador de 220 uF para determinar la velocidad de oscilacion para nuestro

circuito.

El schmitt trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar a la

señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia

y entrada son parecidos.

Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado

positivamente. Los niveles de referencia pueden ser controlados ajustando las

resistencias R1 y R2:

Efecto del uso del schmitt trigger (B) en vez de un comparador (A)

DM74LS08

Quad 2-Input AND Gates

Descripción General Este dispositivo contiene cuatro puertas independientes cada

uno de los cuales realiza la función lógica “Y”.

CD4543B

CD4543B es decodificador BCD a 7 segmentos diseñado principalmente para los

(LCD) de cristal líquido . También es capaz de conducir la luz de diodo emisor

(LED) , incandescente, de descarga de gas , y Displays fluorescentes Este aparato

es funcionalmente similar y sirve como reemplazo directo para el CD4056B

cuando el pin 7 está conectado a VSS. Se diferencia de la CD4056B en que tiene

una capacidad de visualización de supresión en lugar de una función de

desplazamiento de nivel y sólo requiere una fuente de alimentación . Cuando se

utiliza el CD4056B en el modo de cambio de nivel , se requieren dos fuentes de

alimentación . Cuando el CD4543B se utiliza para aplicaciones de LCD , una onda

cuadrada debe ser aplicado a la entrada de la fase y la placa de circuitos del

dispositivo de LCD . Para aplicaciones de LED se requiere una lógica 1 en la

entrada FASE para los dispositivos de cátodo común, una lógica 0 es necesario

para los dispositivos de ánodo común.

PINOUT INTEGRADO 4543

Circuito integrado conectado en el simulador

DM74LS32

Quad 2-Input OR Gate

Descripción General Este dispositivo contiene cuatro puertas independientes cada

uno de los cuales realiza función lógica “OR”.

DISPLAY 7 SEGMENTOS

Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se denomina P. A

la derecha vemos una representación del encapsulado con los pines para

conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le asignamos la letra

correspondiente del segmento. Esto significa que, por ejemplo, con el pin "a"

podemos controlar el estado del segmento "a" (encenderlo o apagarlo). Además

vemos en el encapsulado dos patillas llamadas "U", cuya función pasaremos a

explicar en breve.

Entonces, tenemos 8 leds colocados en forma de un dígito con punto decimal.

Ahora bien, un led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en total tenemos 8

leds, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin embargo el

encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y

se logra de la siguiente manera. Los 8 led se interconectan internamente de tal

forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos de cada led. El

extremos sobrante de cada led se conecta internamente con los demás, y este

punto de unión se encuentra disponible desde el exterior del encapsulado. Debido

a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmento:

Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan

internamente al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde

afuera del integrado.

Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan

internamente al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde

afuera del integrado.

DISPLAY 7 SEGMENTOS

MONTAJE DEL CIRCUITO EN EL SIMULADOR PROTEUS

FUNCIONAMIENTO

Diagrama de bloques para el circuito

Pulsador de entrada

Oscilador 4093

Combinacional

detector de 15

Decodificador

Contador ascendente

descendente

Pulsador de salida

Acceso a cada

área

Combinacional

detector de 0

Oscilador 4093

Display 7 segmentos

El proyecto tiene como finalidad la solución a una situación real para el control de

entrada y salida de personas a un hospital y que debe estar limitado a condiciones

previamente establecidas.

Como podemos observar en el diagrama de bloques necesitamos ubicar en cada

sección del hospital, urgencias, maternidad, quemados y cuidados intensivos una

serie de sensores que determinen cuando una persona ingrese o salga por cada

area en este caso utilisamos para la simulación un pulsador N.A como sensor de

entrada y otro pulsador como sensor de salida.

Seguidamente colocamos nuestro integrado 4093 como oscilador en la patilla #2

podemos tener el control, cuando recibe un nivel lógico alto (H) se activa y el nivel

bajo (L) se detiene la oscilación en este caso utilizamos una fuente DC para la

activación de cada pulso de oscilación dependiendo de las personas que pasen y

activen el sensor. Ademas como ya explicado anteriormente la velocidad de

oscilación será determinada por el condensador y la resistencia en este caso

utilizamos una resistencia de 330 Ω y un condensador de 220 uF.

La fuente de alimentación al circuito la podemos observar en la siguiente figura.

En el siguiente bloque aparecen los contadores ascendente – descendente que

toman los pulsos de la oscilación para determinar el código binario que debe tomar

el contador, para ello utilizamos el circuito integrado 40192 que es un contador

binario preajustable adaptándose a las características requeridas por el circuito

A continuación en el diagrama diseñamos un circuito combinacional que nos

permita controlar a la salida de los contadores ascendente – descendente el

numero de personas que puede ingresar en cada area para nuestro caso un

contador de eventos de 0 – 15 la lógica combinacional nos permite en

determinado caso que cuando una persona pase por el sensor y se repita el ciclo

hasta alcanzar el valor máximo pueda visualizar mediante una luz roja que el cupo

para esa area esta lleno de lo contrario cuando registra un valor por debajo de 15

personas se encenderá la luz verde dando disponibilidad para ingresar un nuevo

cupo.

Imagen indicando con luz verde que puede ingresar en el area de cuidados

intensivos puesto que el contador esta en 14 solamente quedando un cupo en el

momento que una nueva persona ingrese por esta area y el sensor la detecte in

mediatamente debe pasar y activar el sensor de luz roja e indicar que el cupo esta

lleno el contador debe parar su conteo y esperar que salga una persona.

Imagen cuando el contador llega a 15 pasa de luz verde de cupo disponible a luz

roja indicando que el cupo esta lleno y nadie podrá ingresar en esa area hasta que

no salga una persona.

Finalmente tenemos nuestro decodificador BCD a 7 segmentos quien toma el

código binario proporcionado por el contador y nos permite salida a un display 7

segmentos mostar por pantalla el nuemero de personas que ingresan y salen por

cada area utilizamos un decodificador 4543 y dos display 7 segmentos catodo

común permitiendo asi controlar y mostrar el numero de pacientes que se

encuentra en cada area .

A continuación mostramos las imágenes del montaje en el simulador uno por cada

area asi cumpliendo con la explicación planteada por el proyecto final .

ZONA A : Urgencias

ZONA B: Maternidad

ZONA C: Quemados

ZONA D: Cuidados intensivos

CONCLUSIONES

El desarrollo del diseño e implementación del circuito de la actividad propuesta

nos prepara como ingenieros para entender la importancia de los circuitos

secuenciales dentro del entorno industrial y profesional, implementando soluciones

convergentes de ingeniería en los diferentes campos industriales y residenciales.

Del mismo modo se logró desarrollar y afianzar las competencias necesarias para

la definición lógica de un problema dado y su posible solución teórica y física, y

plasmar por medio de un diagrama de flujo su interpretación y con esto su

desarrollo.

BIBLIOGRAFIA

Guía Y rubrica de la actividad -- Proyecto final Sistemas Digitales

Secuenciales

http://www.bibliocad.com/biblioteca/edificio-3d_28827

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555

http://www.youtube.com/watch?v=XGsviC_RhJY&feature=related