Informe Proyecto Final Ruleta Digital 4v4h15
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2016 – FEBRERO/2017
FORMATO DE TRABAJO FINAL I.
PORTADA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial “Proyecto Académico de Fin de Semestre”
Título:
RULETA DIGITAL
Carrera:
Electrónica y Comunicaciones
Área Académica:
Física y electrónica
Línea de Investigación:
Sistemas Electrónicos
Ciclo Académico y Paralelo:
Quinto Semestre “B”
Alumnos participantes:
Cristian Almagro Diego Tipanluisa
Módulo y Docente:
Electrónica Digital II, Ing. Geovanni Brito
Ambato – Ecuador
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2016 – FEBRERO/2017
II.
INFORME DEL PROYECTO 2.1 TÍTULO “RULETA DIGITAL” 2.2 OBJETIVOS GENERAL Implementar un circuito para visualizar una Ruleta Digital. ESPECÍFICOS Demostrar el funcionamiento de los dispositivos digitales mediante una ruleta digital Establecer las configuraciones de los circuitos integrador que se va a usar Diseñar el circuito de control utilizando Proteus 2.3 RESUMEN En el informe realizado, se pretende dar a conocer los pasos y materiales que se utilizaron para la implementación de una ruleta digital, en si este circuito en su forma general es un dispositivo electrónico que proporciona ruletas en un centro de atracciones El circuito se basa en la utilización de flip-flop JK que son los circuitos integrados 7473; circuitos integrados 74154 que son conocidos como el decodificador de 4 a 16, aunque también funciona como un de multiplexor de 1 a 16. Tiene cuatro entradas en binario natural (A0, A1, A2 y A3); dieciséis salidas activas en BAJO y dos señales de habilitación activas en BAJO Si ambas señales de habilitación están en BAJO, para un código dado de entrada, una, y sólo una, de las salidas se activará en BAJO, permaneciendo en ALTO todas las demás. Si una o las dos señales de habilitación están en ALTO, todas las salidas son ALTO esto es lo que permite que se enciendan 32 LED ya sea uno a la vez. 2.4 PALABRAS CLAVE: Ruleta digital FLIP-FLOP Circuitos Control Integrados Salidas Entradas Desplazamiento
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2016 – FEBRERO/2017
2.5 INTRODUCCIÓN En la mayoría de sistemas digitales, el número de estados discretos es tan solo dos y se les denomina niveles lógicos. Estos niveles se representan por un par de valores de voltaje, "0" y "1" esto es lo que nos permite estudiar el comportamiento de los circuitos digitales. Mediante la ruleta digital mostramos una de las muchas aplicaciones que tienes los flip-flop y encapsulados o circuitos integrados que nos ayudan a optimizar espacio tiempo y dinero además es un prospecto de juego creativo en el cual nos permitió establecer nuestros conocimientos electrónica digital. 2.6 MATERIALES Y METODOLOGÍA MATERIALES 3 Circuitos integrados 74LS73 2 Circuitos integrados 74LS154 1 Circuito integrado 74LS04 1 Circuito integrado 74LS04 Resistencias: o 3 de 1kΩ, o 5 de 220Ω Capacitores electrolíticos: o 1000uf, o 1000uf, o 4.7 uf 2 Borneras o terminales Zócalos para cada uno de los circuitos integrados 38 Leds 1 Interruptor 1 placa baquelita Acido Impresión a laser en papel fotográfico Softwares Proteus 8 Professional o Isis o PCB (Ares) 2.7 MARCO TEÓRICO FLIP-FLOP J-K El "flip-flop" J-K, es el más versátil de los flip-flops básicos. Tiene el carácter de seguimiento de entrada del flip-flop D sincronizado, pero tiene dos entradas, denominadas tradicionalmente J y K. Si J y K son diferentes, la salida Q toma el valor de J durante la subida del siguiente pulso de sincronismo.
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Figure 1: DIAGRAMA DE FLIP FLOP JK
Si J y K son ambos low (bajo), entonces no se produce cambio alguno. Si J y K son ambos high (alto), entonces en la siguiente subida de clock la salida cambiará de estado. Puede realizar las funciones del flip-flop set/reset y tiene la ventaja de que no hay estados ambiguos. Puede actuar también como un flip-flop T para conseguir la acción de permutación en la salida, si se conectan entre sí las entradas J y K. Esta aplicación de permutar el estado, encuentra un uso extensivo en los contadores binarios.
Figure 2: DIAGRAMA DE FUNCIONEMIENTO DE UN FLIP FLOP JK
Tabla 1: TABLA DE EXCITACIÓN JK
Transferencia de Datos, Flip-Flop J-K
Figure 3: DIAGRAMA DE TRANSFERENCIA DE DATOS DE UN FLIP FLOP JK SÍNCRONO
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En la transferencia de datos síncrona entre dos flip-flops J-K, una señal de transferencia en la entrada del clock causa que el estado de la celda A se transfiera a la celda. La señal de transferencia se puede aplicar a varias de tales celdas en serie para crear un "registro de desplazamiento" (shift ). En la transferencia de datos asíncrona, el pulso de transferencia se puede aplicar en cualquier momento, para forzar los datos en las entradas asíncronas de set y clear, almacenando los datos independientemente de lo que suceda en las otras entradas. [1]
Figure 4: DIAGRAMA DE TRANSFERENCIA DE DATOS DE UN FLIP FLOP JK ASÍNCRONO
Circuito integrado 74154
Figure 5: DIAGRAMA DEL CIRCUITO INTEGRADO 74LS154 (DEMULTIPLEXOR)
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Tabla 2: TABLA DE FUNCIONEMIENTO DEL 74LS154
74LS154, 74F154, 74S154, 74HCT154, es un circuito integrado que tiene la función de decodificador / demultiplexor binario de 4 bits (1:16). Con las cuatro entradas que posee el circuito podemos realizar 16 combinaciones diferentes, de 0000 a 1111 que nos activaran una de las salidas Yn. Las salidas son del tipo Totem pole. La relación de pines de este integrado es la siguiente: A_SEL , B_SEL, C_SEL y D_SEL: Entradas de selección, según la combinación binaria que coloquemos tendremos activada la salida Yn correspondiente G1 y G2: Entradas de validación o datos activas a nivel bajo (0V), tenemos que tener las dos activas a nivel bajo para que funcione el decodificador Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14, Y15: Salidas del decodificador activas a nivel bajo (0V), solo puede haber una activa a nivel bajo. [2]
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2.8 DESARROLLO Y CÁLCULOS 1.- Requerimientos del proyecto a implementarse a) Adquirir conocimientos necesarios en uso de Flip – Flop. b) Conocer los circuitos integrados que nos permitan el diseño de nuestro circuito de control. c) Conocer la parte teórica de la conexión de flip-flop de forma asíncrona para realizar nuestro diseño.
Tabla 3: PREDISEÑO PARA LA ELABORACION DE NUESTRO CIRCUITO
d) Diseño del circuito en ISIS - Proteus e) Diseño del circuito de ISIS a Ares 2.-Análisis de los circuitos a utilizarse
TABLA 4:DISEÑO DEL CIRCUITO EN ISIS - PROTEUS
La ruleta digital es una aplicación para los multivibradores de tipo JK. Los 32 leds distribuidos en forma de circunferencia se encenderán cuando el interruptor se accione, la secuencia encenderá a los led alrededor del círculo, al soltar el interruptor la secuencia continuara por algunos segundos, parando finalmente con solo un led encendido
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El circuito consta de 3 bloques: 1. Contiene dos decodificadores 74154 de 4 a 16 Tiene cuatro entradas en binario natural (A0, A1, A2 y A3); dieciséis salidas activas en BAJO y dos señales de habilitación activas en BAJO. Si ambas señales de habilitación están en BAJO, para un código dado de entrada, una, y sólo una, de las salidas se activará en BAJO, permaneciendo en ALTO todas las demás. Si una o las dos señales de habilitación está en ALTO, todas las salidas son ALTO Al avanzar el conteo binario que se aplica a los 74154 una de sus 16 salidas se hace bajo en secuencia, prendiendo un led cada ocasión, básicamente lo que el circuito integrado 74154 enciende los 32 led siendo este uno a la vez
2. Contiene seis flip flop JK los que están conectados la salida del reloj a la salida negada de los flip –flop. El circuito integrado 7473 contiene 2 flip flop internamente.
Tabla 5: TABLA DE EXCITACION APLICADA A LAS SALIDAS DE CIRCUITO A IMPLEMENTARSE
3. El tercer bloque consta de un reloj mediante compuertas, esto es permitido mediante el circuito integrado 74132. El reloj que se forma con dos compuertas NAND con disparador de Schmitt; el capacitor C1 es el que determina la frecuencia de salida, la compuerta que su salida conecta con la salida Q del primer flip flop es el que permite la propagación de los pulsos de reloj cuando este presionado el switch. Cuando no se esté presionado el switch la carga eléctrica que esta almacenada en C2 pasara a través del resistor R3. Con los valores elegidos, toma como 3 segundos hacer que la salida de la compuerta C se haga ALTO, deteniendo así, al contador binario, pues los pulsos de reloj dejan de propagarse.
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3. Diseño del circuito impreso.
Figure 6: DISEÑO DEL CIRCUITO IMPRESO
4. Diagrama pictórico de los elementos electrónicos
Figure 7: DIAGRAMA PICTÓRICO DE LOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS SIMULACIÓN
Figure 8: DIAGRAMA PICTÓRICO DE LOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS
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2.9 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Mediante la implementación de este circuito se obtuvo habilidades para el diseño e implementación en una placa de baquelita que consistía en el diseño de una ruleta digital en el cual se usó circuitos integrados que nos brindó la comodidad necesaria, además se optimizo espacio y dinero Con los conocimientos necesarios que se han adquirido a lo largo de módulo de digitales II se comprendió el funcionamiento de un Flip – Flop y las muchas aplicaciones que tienen estos multivibradores
Figure 9: PROTOTIPO IMPLEMENTADO (RUEDA DIGITAL)
2.10
CONCLUSIONES
Se demostró el funcionamiento de los dispositivos digitales mediante una ruleta digital. Se estableció las configuraciones de los circuitos integrador que se va a usar, lo cual se puso mucho en práctica para su debido montaje en la placa para el presente proyecto. Se diseñó el circuito de control utilizando Proteus para tener una modelo de nuestra práctica, además se hizo uso del ARES un software el cual permite en montaje de los elementos electrónicos para la placa o circuito impreso.
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1.1 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] N. S. W. Ronald J. Tocci, «Flip-Flop Jk,» de Sistemas digitales: principios y aplicaciones, Mexico, Pearson Educación, 2003, pp. 201-209. [2] D. P. L. Albert Paul Malvino, «74154,» de Principios y aplicaciones digitales, Barcelona , Marcombo, 1988, pp. 94-100. [3] P. Patino, «Compuertas Logicas,» 16 05 2009. [En línea]. Available: http://service.udes.edu.co/modulos/documentos/pedropatino/compuertas.pdf. [Último : 2015 12 28].
1.2 ANEXOS
Figure 10: CIRCUITO IMPRESO EN PAPEL FOTOGRÁFICO
Figure 11: CIRCUITO TRASPASADO A LA PLACA BAQUELITA
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1.3 DATASHEET DE LOS INTEGRADOS 7473
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74154
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FORMATO DE TRABAJO FINAL I.
PORTADA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial “Proyecto Académico de Fin de Semestre”
Título:
RULETA DIGITAL
Carrera:
Electrónica y Comunicaciones
Área Académica:
Física y electrónica
Línea de Investigación:
Sistemas Electrónicos
Ciclo Académico y Paralelo:
Quinto Semestre “B”
Alumnos participantes:
Cristian Almagro Diego Tipanluisa
Módulo y Docente:
Electrónica Digital II, Ing. Geovanni Brito
Ambato – Ecuador
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II.
INFORME DEL PROYECTO 2.1 TÍTULO “RULETA DIGITAL” 2.2 OBJETIVOS GENERAL Implementar un circuito para visualizar una Ruleta Digital. ESPECÍFICOS Demostrar el funcionamiento de los dispositivos digitales mediante una ruleta digital Establecer las configuraciones de los circuitos integrador que se va a usar Diseñar el circuito de control utilizando Proteus 2.3 RESUMEN En el informe realizado, se pretende dar a conocer los pasos y materiales que se utilizaron para la implementación de una ruleta digital, en si este circuito en su forma general es un dispositivo electrónico que proporciona ruletas en un centro de atracciones El circuito se basa en la utilización de flip-flop JK que son los circuitos integrados 7473; circuitos integrados 74154 que son conocidos como el decodificador de 4 a 16, aunque también funciona como un de multiplexor de 1 a 16. Tiene cuatro entradas en binario natural (A0, A1, A2 y A3); dieciséis salidas activas en BAJO y dos señales de habilitación activas en BAJO Si ambas señales de habilitación están en BAJO, para un código dado de entrada, una, y sólo una, de las salidas se activará en BAJO, permaneciendo en ALTO todas las demás. Si una o las dos señales de habilitación están en ALTO, todas las salidas son ALTO esto es lo que permite que se enciendan 32 LED ya sea uno a la vez. 2.4 PALABRAS CLAVE: Ruleta digital FLIP-FLOP Circuitos Control Integrados Salidas Entradas Desplazamiento
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2.5 INTRODUCCIÓN En la mayoría de sistemas digitales, el número de estados discretos es tan solo dos y se les denomina niveles lógicos. Estos niveles se representan por un par de valores de voltaje, "0" y "1" esto es lo que nos permite estudiar el comportamiento de los circuitos digitales. Mediante la ruleta digital mostramos una de las muchas aplicaciones que tienes los flip-flop y encapsulados o circuitos integrados que nos ayudan a optimizar espacio tiempo y dinero además es un prospecto de juego creativo en el cual nos permitió establecer nuestros conocimientos electrónica digital. 2.6 MATERIALES Y METODOLOGÍA MATERIALES 3 Circuitos integrados 74LS73 2 Circuitos integrados 74LS154 1 Circuito integrado 74LS04 1 Circuito integrado 74LS04 Resistencias: o 3 de 1kΩ, o 5 de 220Ω Capacitores electrolíticos: o 1000uf, o 1000uf, o 4.7 uf 2 Borneras o terminales Zócalos para cada uno de los circuitos integrados 38 Leds 1 Interruptor 1 placa baquelita Acido Impresión a laser en papel fotográfico Softwares Proteus 8 Professional o Isis o PCB (Ares) 2.7 MARCO TEÓRICO FLIP-FLOP J-K El "flip-flop" J-K, es el más versátil de los flip-flops básicos. Tiene el carácter de seguimiento de entrada del flip-flop D sincronizado, pero tiene dos entradas, denominadas tradicionalmente J y K. Si J y K son diferentes, la salida Q toma el valor de J durante la subida del siguiente pulso de sincronismo.
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Figure 1: DIAGRAMA DE FLIP FLOP JK
Si J y K son ambos low (bajo), entonces no se produce cambio alguno. Si J y K son ambos high (alto), entonces en la siguiente subida de clock la salida cambiará de estado. Puede realizar las funciones del flip-flop set/reset y tiene la ventaja de que no hay estados ambiguos. Puede actuar también como un flip-flop T para conseguir la acción de permutación en la salida, si se conectan entre sí las entradas J y K. Esta aplicación de permutar el estado, encuentra un uso extensivo en los contadores binarios.
Figure 2: DIAGRAMA DE FUNCIONEMIENTO DE UN FLIP FLOP JK
Tabla 1: TABLA DE EXCITACIÓN JK
Transferencia de Datos, Flip-Flop J-K
Figure 3: DIAGRAMA DE TRANSFERENCIA DE DATOS DE UN FLIP FLOP JK SÍNCRONO
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En la transferencia de datos síncrona entre dos flip-flops J-K, una señal de transferencia en la entrada del clock causa que el estado de la celda A se transfiera a la celda. La señal de transferencia se puede aplicar a varias de tales celdas en serie para crear un "registro de desplazamiento" (shift ). En la transferencia de datos asíncrona, el pulso de transferencia se puede aplicar en cualquier momento, para forzar los datos en las entradas asíncronas de set y clear, almacenando los datos independientemente de lo que suceda en las otras entradas. [1]
Figure 4: DIAGRAMA DE TRANSFERENCIA DE DATOS DE UN FLIP FLOP JK ASÍNCRONO
Circuito integrado 74154
Figure 5: DIAGRAMA DEL CIRCUITO INTEGRADO 74LS154 (DEMULTIPLEXOR)
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Tabla 2: TABLA DE FUNCIONEMIENTO DEL 74LS154
74LS154, 74F154, 74S154, 74HCT154, es un circuito integrado que tiene la función de decodificador / demultiplexor binario de 4 bits (1:16). Con las cuatro entradas que posee el circuito podemos realizar 16 combinaciones diferentes, de 0000 a 1111 que nos activaran una de las salidas Yn. Las salidas son del tipo Totem pole. La relación de pines de este integrado es la siguiente: A_SEL , B_SEL, C_SEL y D_SEL: Entradas de selección, según la combinación binaria que coloquemos tendremos activada la salida Yn correspondiente G1 y G2: Entradas de validación o datos activas a nivel bajo (0V), tenemos que tener las dos activas a nivel bajo para que funcione el decodificador Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14, Y15: Salidas del decodificador activas a nivel bajo (0V), solo puede haber una activa a nivel bajo. [2]
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2.8 DESARROLLO Y CÁLCULOS 1.- Requerimientos del proyecto a implementarse a) Adquirir conocimientos necesarios en uso de Flip – Flop. b) Conocer los circuitos integrados que nos permitan el diseño de nuestro circuito de control. c) Conocer la parte teórica de la conexión de flip-flop de forma asíncrona para realizar nuestro diseño.
Tabla 3: PREDISEÑO PARA LA ELABORACION DE NUESTRO CIRCUITO
d) Diseño del circuito en ISIS - Proteus e) Diseño del circuito de ISIS a Ares 2.-Análisis de los circuitos a utilizarse
TABLA 4:DISEÑO DEL CIRCUITO EN ISIS - PROTEUS
La ruleta digital es una aplicación para los multivibradores de tipo JK. Los 32 leds distribuidos en forma de circunferencia se encenderán cuando el interruptor se accione, la secuencia encenderá a los led alrededor del círculo, al soltar el interruptor la secuencia continuara por algunos segundos, parando finalmente con solo un led encendido
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El circuito consta de 3 bloques: 1. Contiene dos decodificadores 74154 de 4 a 16 Tiene cuatro entradas en binario natural (A0, A1, A2 y A3); dieciséis salidas activas en BAJO y dos señales de habilitación activas en BAJO. Si ambas señales de habilitación están en BAJO, para un código dado de entrada, una, y sólo una, de las salidas se activará en BAJO, permaneciendo en ALTO todas las demás. Si una o las dos señales de habilitación está en ALTO, todas las salidas son ALTO Al avanzar el conteo binario que se aplica a los 74154 una de sus 16 salidas se hace bajo en secuencia, prendiendo un led cada ocasión, básicamente lo que el circuito integrado 74154 enciende los 32 led siendo este uno a la vez
2. Contiene seis flip flop JK los que están conectados la salida del reloj a la salida negada de los flip –flop. El circuito integrado 7473 contiene 2 flip flop internamente.
Tabla 5: TABLA DE EXCITACION APLICADA A LAS SALIDAS DE CIRCUITO A IMPLEMENTARSE
3. El tercer bloque consta de un reloj mediante compuertas, esto es permitido mediante el circuito integrado 74132. El reloj que se forma con dos compuertas NAND con disparador de Schmitt; el capacitor C1 es el que determina la frecuencia de salida, la compuerta que su salida conecta con la salida Q del primer flip flop es el que permite la propagación de los pulsos de reloj cuando este presionado el switch. Cuando no se esté presionado el switch la carga eléctrica que esta almacenada en C2 pasara a través del resistor R3. Con los valores elegidos, toma como 3 segundos hacer que la salida de la compuerta C se haga ALTO, deteniendo así, al contador binario, pues los pulsos de reloj dejan de propagarse.
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3. Diseño del circuito impreso.
Figure 6: DISEÑO DEL CIRCUITO IMPRESO
4. Diagrama pictórico de los elementos electrónicos
Figure 7: DIAGRAMA PICTÓRICO DE LOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS SIMULACIÓN
Figure 8: DIAGRAMA PICTÓRICO DE LOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS
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2.9 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Mediante la implementación de este circuito se obtuvo habilidades para el diseño e implementación en una placa de baquelita que consistía en el diseño de una ruleta digital en el cual se usó circuitos integrados que nos brindó la comodidad necesaria, además se optimizo espacio y dinero Con los conocimientos necesarios que se han adquirido a lo largo de módulo de digitales II se comprendió el funcionamiento de un Flip – Flop y las muchas aplicaciones que tienen estos multivibradores
Figure 9: PROTOTIPO IMPLEMENTADO (RUEDA DIGITAL)
2.10
CONCLUSIONES
Se demostró el funcionamiento de los dispositivos digitales mediante una ruleta digital. Se estableció las configuraciones de los circuitos integrador que se va a usar, lo cual se puso mucho en práctica para su debido montaje en la placa para el presente proyecto. Se diseñó el circuito de control utilizando Proteus para tener una modelo de nuestra práctica, además se hizo uso del ARES un software el cual permite en montaje de los elementos electrónicos para la placa o circuito impreso.
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1.1 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] N. S. W. Ronald J. Tocci, «Flip-Flop Jk,» de Sistemas digitales: principios y aplicaciones, Mexico, Pearson Educación, 2003, pp. 201-209. [2] D. P. L. Albert Paul Malvino, «74154,» de Principios y aplicaciones digitales, Barcelona , Marcombo, 1988, pp. 94-100. [3] P. Patino, «Compuertas Logicas,» 16 05 2009. [En línea]. Available: http://service.udes.edu.co/modulos/documentos/pedropatino/compuertas.pdf. [Último : 2015 12 28].
1.2 ANEXOS
Figure 10: CIRCUITO IMPRESO EN PAPEL FOTOGRÁFICO
Figure 11: CIRCUITO TRASPASADO A LA PLACA BAQUELITA
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1.3 DATASHEET DE LOS INTEGRADOS 7473
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74154
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