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N° ORDEN DE EJECUCIÓN MATERIALES / INSTRUMENTOS 010203 Reconocer los terminals del diodo rectificador. Implementar circuito rectificador de media onda. Implementar circuito rectificador de onda completa. Transformador con toma central 220/12V-12V/1A. Diodo rectificador 1N4001 (4). Resistencias de 1k...

Description

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•

Entrada serie a salida serie (SISO): los datos se desplazan en serie “ENTRADA”

y “SALIDA” del registro, un bit a la vez en la dirección izquierda o derecha bajo el control del reloj. •

Entrada paralela a salida serie (PISO): los datos paralelos se cargan en el registro simultáneamente y se desplazan fuera del registro en serie un bit a la vez bajo el

control del reloj. •

Entrada paralela a salida paralela (PIPO): los datos se cargan simultáneamente

en el registro y se transfieren juntos a sus respectivas salidas mediante el mismo

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL pulso de reloj. •

Registro de desplazamiento universal. Un registro de desplazamiento universal,

condensa en un solo CI todas las variantes desarrolladas anteriormente. Algunos de los CIs de registros de desplazamiento de tipo "universal" bidireccional de alta velocidad disponibles, son por ejemplo el TTL 74LS194, 74LS195 o el CMOS 4035, que están disponibles como dispositivos multifunción de 4 bits que se pueden utilizar en serie a serie, desplazamiento hacia la izquierda, desplazamiento hacia la derecha, serie a paralelo, paralelo a serie o como un registro de datos multifunción de paralelo a paralelo, de ahí su nombre "Universal".

Estos registros de desplazamiento universales pueden realizar cualquier combinación de operaciones de entrada a salida en paralelo y en serie, pero

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL requieren entradas adicionales para especificar la función deseada y para precargar y restablecer el dispositivo. Un registro de desplazamiento universal de uso común es el TTL 74LS194 que se muestra en la figura 301. Los registros de desplazamiento universal son dispositivos digitales muy útiles. Se pueden configurar para realizar operaciones que requieren algún tipo de almacenamiento temporal de memoria o para el retraso de información, como los modos de configuración SISO o PIPO, o para transferir datos de un punto a otro en formato serial o paralelo. Los registros de desplazamiento universal se utilizan con frecuencia en operaciones aritméticas para desplazar datos a la izquierda o derecha para multiplicación o división. CIRCUITOS CONTADORES. Se puede pensar en un contador, como un circuito que cuenta eventos, por ejemplo, personas que ingresan a un estadio. Sin embargo, en diseño digital o booleano, un contador digital es un circuito secuencial cuyo cambio entre estados es fijo, independientemente de si los estados están ordenados aritméticamente o no. Por ejemplo, el circuito cuya secuencia de estados es 1, 0, 2, 5, 7 y luego vuelve a 1 se llama contador (a menudo se acepta que un contador se reinicia cuando alcanza el número final). Por supuesto que, el circuito cuya secuencia de estados es 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 (luego vuelve a 0) también es un contador. En resumen un contador es un circuito digital secuencial que se emplea para contar pulsos. Los contadores son una de las aplicaciones más conocidas de los flip-flops; estan formados por un grupo de flip-flops que comparten una señal de reloj aplicada a estos. Tipos de contadores. •

Contadores asíncronos. En el contador asíncrono no se utiliza un reloj único o universal; sólo el primer flip-flop es impulsado por el reloj principal y la entrada de reloj del resto de flip-flops es impulsada por la salida de los flip-flops anteriores. Podemos entenderlo mejor analizando el diagrama de la figura 302.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Resulta evidente por el diagrama de tiempo (figura 303), que Q0 está cambiando tan pronto como se encuentra con el flanco ascendente del pulso de reloj, Q1 está cambiando cuando se encuentra con el flanco ascendente de Q0 (porque Q0 es la señal de reloj para el segundo flip flop) y así sucesivamente. De esta manera, las ondas se generan a través de Q0, Q1, Q2, Q3.

•

Contadores sincrónicos. Un contador sincrónico es un contador que todos sus FF (flip-flops) son sincronizados por la misma señal. A diferencia del contador asíncrono, el contador síncrono tiene un reloj global que controla cada flip flop para que la salida cambie en paralelo. La única ventaja del contador síncrono sobre el contador asíncrono es que puede funcionar en una frecuencia más alta que el contador asíncrono ya que no tiene retraso acumulativo debido a que se da el mismo reloj a cada flip flop. Del diagrama circuital (figura 304), observamos que el bit Q0 da respuesta a cada

flanco descendente del reloj, mientras que Q1 depende de Q0, Q2 depende de Q1 y Q0, Q3 depende de Q2, Q1 y Q0. Esto lo podemos comprobar en el diagrama de

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL tiempo (figura 305). CIRCUITO CONTADOR ASCENDENTE, DESCENDENTE. Contador ascendente.

En la figura 306, se muestra el circuito de un contador asíncrono ascendente módulo 16, el mismo que está constituido por 4 flip-flop JK en configuración T (Toggle). Siendo Q3, la salida más significativa y Q0 la salida menos significativa. La señal de reloj del sistema va conectada al flip-flop con la salida menos significativa, las señales de reloj para los siguientes flip-flops, provienen de la salida Q, del flip-flop inmediatamente anterior. La secuencia de conteo se puede apreciar en el diagrama de tiempo de la figura 307.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Contador descendente. En la figura 308, se muestra el circuito de un contador asíncrono descendente módulo 16, el mismo que está constituido por 4 flip-flop JK en configuración T (Toggle). Siendo Q3, la salida más significativa y Q0 la salida menos significativa. La señal de reloj del sistema va conectada al flip-flop con la salida menos significativa, las señales de reloj para los siguientes flip-flops, provienen de la salida Q’, del flip-flop inmediatamente anterior como se muestra en el circuito.

La secuencia de conteo se puede apreciar en el diagrama de tiempo de la figura 309. Contador Bidireccional. Los contadores síncronos y asíncronos son capaces de contar en forma ascendente "UP" o en forma descendente "DOWN", pero es otro, un tipo de contador más "universal", el que puede contar en ambas direcciones, ya sea ascendente o descendente, dependiendo del estado de una entrada de control; estos son conocidos como contadores bidireccionales. Los contadores bidireccionales, también conocidos como contadores Up / Down, son capaces de contar en cualquier dirección a través de cualquier secuencia de conteo dada y pueden invertirse en cualquier punto dentro de su secuencia de conteo utilizando una entrada de control adicional como se muestra en el circuito siguiente (figura 310).

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL El circuito es un contador síncrono Up/Down de 3 bits, que emplea flip-flops JK

configurados en modo “Toggle” o flip-flops tipo T con un conteo de cero (000) a siete (111) cíclico. El contador de 3 bits avanza en forma ascendente (0,1,2,3,4,5,6,7) o descendente (7,6,5,4,3,2,1,0). La mayoría de los contadores bidireccionales pueden cambiar la dirección de conteo ascendente o descendente en cualquier estado dentro de su secuencia de conteo. Esto se logra mediante el uso de una entrada de control que determina la dirección del conteo, ya sea hacia arriba o hacia abajo. El diagrama de tiempo (figura 311), muestra un ejemplo de operación del contador en relación al cambio de estado de la entrada Up/Down.

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CI 7490, 7492 y 7493. Son tres circuitos integrados contadores TTL binarios asíncronos, de módulo 10 (década o BCD), módulo 12 y módulo 16 respectivamente. En las siguientes figuras se muestra el circuito interno y la distribución de pines para cada uno de ellos.

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Los símbolos lógicos mostrados a continuación, nos permiten observar las similitudes entre ellos.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL El CI 74LS90 es el único que cuenta con dos entradas “MS” (R9 en algunos textos o programas de simulación) activas a nivel alto, que ocasionan al activarlas (a la véz), que las salidas establezcan el valor “9” en BCD (10012). Los tres sin embargo cuentan con dos entradas “MR” (R0 en algunos textos o programas de simulación), también activas en nivel alto, que reinician en 0 las salidas del contador correspondiente, al activarlas (a la véz). Las tablas de verdad mostradas a continuación (figura 316), refuerzan lo anteriormente descrito.

En las tablas de verdad siguientes (figura 317), se observan los tres módulos de conteo anteriormente indicados.

Ejemplo1: Circuito contador de 0 a 9 con display de 7 segmentos (74LS90).

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Ejemplo 2: Circuito contador 0 a 99 con display de 7 segmentos (74LS90).

Ejemplo 3: Circuito contador módulo 12, con LEDs (74LS92).

Ejemplo 4: Circuito contador binario módulo 16, 0 a 15 con LEDs (74LS93). ESCUELA DE ELECTROTECNIA

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CI 74190. Contador de década BCD síncrono, ascendente/descendente, con carga asíncrona (programable). Este circuito contador secuencial síncrono es capaz de almacenar y contar los impulsos (a menudo relacionados con una señal de reloj), que recibe en la entrada destinada para tal efecto. Normalmente, el conteo se realiza en código binario, específicamente BCD (contador de década).

Describirimos a continuación sus pines o señales más relevantes: •

Carga paralela asíncrona (LOAD). Dispone de una entrada LOAD para carga paralela asíncrona, es decir si LOAD = 0, las salidas de los flip-flops QD, QC, QB, QA se hacen iguales a las entradas D, C, B, A (Data inputs) independientemente del reloj y de las otras entradas de control. En el gráfico del diagrama de tiempo (figura 323), se puede observar que al activar Load (= 0), el contador se carga con el número 7 decimal (QD=0, QC=1, QB=1, QA=1).

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Conteo ascendente (COUNT UP). Debe estar la entrada LOAD en nivel alto, la

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL entrada CTEN en 0 (para que el conteo esté habilitado), y además la entrada D/U’ (Down/Up) debe estar en nivel bajo. En el gráfico de diagrama de tiempo (figura 323), podemos observar que en decimal después de que fué cargado en 7 el contador cuenta en decimal: 8, 9, 0, 1, 2; con cada flanco de subida del reloj, y se inhibe o bloquea en el 2. •

Habilitación de Conteo (CTEN): Si LOAD = 1, y CTEN (Count Enable) = 1, el contador se bloquea en el ultimo número al que hubiese llegado, sin importar en que valor esté la entrada Down/Up. En el gráfico de diagrama de tiempo (figura 323), observamos que el contador después de haber llegado al número 2, aunque transcurren 2 pulsos de reloj más, el conteo está inhibido, puesto que CTEN está en nivel alto.

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Conteo descendente (COUNT DOWN). Si LOAD = 1, CTEN = 0, y D/U’ = 1, el contador desciende cada flanco de subidaa del reloj. En el gráfico de diagrama de tiempo (figura 323), observamos que el contador después que se habilita al colocar nuevamente CTEN = 0, desciende del 2 al 1, luego pasa al 0, y sigue en forma descendente: 9, 8, 7.

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Salida MAX/MIN. Entrega un nivel alto al llegar el contador al valor más alto o máximo (9 al contar ascendentemente), permaneciendo en alto durante todo el pulso del reloj, o al llegar el contador al valor más bajo o mínimo (0 al contar descendentemente), permaneciendo en alto durante todo el periodo del reloj.

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Salida RIPLE CLOCK (RCO). Detecta mediante un nivel bajo, cuando el conteo ha llegado al 9 cuando asciende, o al 0 cuando desciende, pero solamente durante el semiperiodo del reloj correspondiente al nivel bajo del mismo. Esta salida es muy útil para hacer cascada utilizando dos 74190, para que efectuén conteo de unidades y decenas, por ejemplo un contador que cuente del 0 al 99 (o del 99 a 0).

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Ejemplo: Contador descendente de 9 a 0 con display de 7 segmentos (74LS190).

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL INFORMACIÓN TECNOLÓGICA COMPLEMENTARIA POSTULADOS DEL ALGEBRA DE BOOLE.

TEOREMAS DEL ALGEBRA DE BOOLE.

UNIVERSALIDAD DE LAS COMPUERTAS NAND. La figura 325 nos muestra arreglos de compuertas NAND que se pueden utilizar en la práctica para cualquier función Booleana.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL UNIVERSALIDAD DE LAS COMPUERTAS NOR. La figura 326 nos muestra arreglos de compuertas NOR que se pueden utilizar en la práctica para cualquier función Booleana.

Funciones canónicas. Ejemplo. Transformar la función F = a.b’ + c.d, en otra función canónica solamente con puertas NAND.

La técnica anteriormente empleada, se denomina método de doble complementación. Se puede proceder de forma similar para puertas NOR.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL MAPA DE KARNAUGH. Los mapas de Karnaugh más grandes reducen o simplifican diseños lógicos de mayor número de variables. ¿Qué tan grande es lo suficientemente grande? Eso depende del número de entradas, del circuito lógico a simplificar. La respuesta es no más de seis entradas para la mayoría de los diseños, y cinco entradas para el diseño lógico promedio. El mapa de Karnaugh de cinco variables se muestra a continuación.

La versión superpuesta (overlay) del mapa de Karnaugh, que se muestra arriba, es simplemente dos (cuatro para un mapa de 6 variables) mapas idénticos (de cuatro variables), excepto por el bit más significativo de la combinación de 3 bits en la parte superior. Si ignoramos el bit más significativo de los números de 3 bits, la secuencia 00, 01, 11, 10 está en el encabezado de ambos submapas del mapa superpuesto. Ejemplo de uso. Diseñe un circuito que tenga una entrada binaria de 5 bits (A, B, C, D, E), siendo A el MSB (bit más significativo). Debe producir una lógica de salida Alta para cualquier número primo detectado en los datos de entrada.

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Mostramos la solución en el mapa anterior. Los números primos son (1,2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31). Colocamos un 1 en cada celda correspondiente. Luego, se procede con la agrupación de las celdas. Terminamos escribiendo el resultado simplificado: 𝐹 = 𝐴š 𝐵š 𝐸 + 𝐵š 𝐶 š 𝐸 + 𝐴š 𝐶 š 𝐷𝐸 + 𝐴š 𝐶𝐷š 𝐸 + 𝐴𝐵𝐶𝐸 + 𝐴𝐵š 𝐷𝐸 + 𝐴š 𝐵š 𝐶 š 𝐷 Un comparador de magnitud (usado para ilustrar un mapa K de 6 variables) compara dos números binarios, indicando si son iguales, mayores o menores entre sí en tres salidas respectivas. Un comparador de magnitud de tres bits tiene dos entradas A2A1A0 y B2B1B0 Un comparador de magnitud de circuito integrado (7485) en realidad tendría cuatro entradas, pero, el mapa de Karnaugh a continuación debe mantenerse a un tamaño razonable. Solo resolveremos la salida A > B. A continuación, utilizaremos un mapa de Karnaugh de 6 variables para la simplificación de la lógica de un comparador de magnitud de 3 bits. Este es un tipo de mapa superpuesto (figura 331). El código binario en la parte superior e inferior del lado izquierdo del mapa no es un código Gray completo de 3 bits. Aunque los códigos de 2 bits de los cuatro submapas si son códigos Gray.

Encuentre expresiones redundantes apilando los cuatro submapas uno encima del otro (como se muestra arriba). Podría haber celdas comunes a los cuatro mapas, aunque no en el ejemplo a continuación. Tiene celdas comunes en pares de submapas. La salida A> B anterior es ABC> XYZ en el mapa a continuación (figura 332).

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Celdas Don’t care (no importa) en un mapa de Karnaugh. Hasta este punto, hemos considerado problemas de reducción lógica donde las condiciones de entrada se especificaron completamente. Es decir, una tabla de verdad de 3 variables o un mapa de Karnaugh tenía 2n = 23 u 8 combinaciones posibles, una tabla o mapa completo. No siempre es necesario completar la tabla de verdad para algunos problemas del mundo real. Es posible que tengamos la opción de no completar la tabla. Por ejemplo, cuando se trata de números BCD (decimales codificados en binario) codificados en cuatro bits, es posible que no nos importe ningún código por encima del rango BCD de (0, 1, 2 ... 9). Los códigos binarios de 4 bits para los números hexadecimales (Ah, Bh, Ch, Eh, Fh) no son códigos BCD válidos. Por lo tanto, no tenemos que completar esos códigos al final de una tabla de verdad, o K-map, si no nos importan. Normalmente no nos importaría completar esos códigos porque esos códigos (1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111) nunca existirán mientras se trate solo de números codificados con BCD. Es decir, no nos importa qué salida produce nuestro circuito lógico para estos “no importa”. No importa en un mapa de Karnaugh, o una tabla de verdad, puede ser 1 o 0, siempre y cuando no nos importe cuál es la salida para una condición

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL de entrada que nunca esperamos ver. Trazamos estas celdas con un asterisco, *, entre los 1 y 0 normales. Al formar grupos de celdas, trate la celda que no le importa como un 1 o un 0, o ignore lo que no le importa. Esto es útil si nos permite formar un grupo más grande de lo que sería posible. No hay ningún requisito para agrupar todos o ninguno de los que no le importan. Úselos solo en un grupo si simplifica la lógica. En la figura 333, vemos un ejemplo de una función lógica donde la salida deseada es 1

para la entrada ABC = 101 en el rango de 000 a 101. No nos importa cuál es la salida para las otras entradas posibles (110, 111). Mostramos dos soluciones. La solución a la izquierda Out = AB’C es la solución más compleja, ya que no utilizamos las celdas “no importa”. La solución en el medio, Out = AC, es menos compleja porque agrupamos una celda que no importa con el único 1 para formar un grupo de dos. La tercera solución, un Producto de Sumas a la derecha, resulta de agrupar un no importa con tres ceros formando un grupo de cuatro y un grupo de 4 ceros. El resultado es el mismo, de la solución anterior, Out = AC. Hemos ilustrado que las celdas que no importan pueden usarse como 1 o 0, lo que sea más útil. CODIFICADORES Y DECODIFICADORES. Codificadores. Un codificador es un circuito combinacional con un conjunto de entradas (2N) y un número de salidas N cuyo propósito es mostrar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada. Decodificadores. Los decodificadores efectúan la operación inversa de los codificadores. Disponen de un conjunto N de entradas y un conjunto 2N de salidas. Cuando ingresa un código binario a la entrada, se activa (tiene un 1) la salida identificada con el número decimal equivalente. Se puede considerar que la función de estos dispositivos es la de generar los 2N minitérminos de las “N” variables de entrada. Esta visión es muy interesante porque ESCUELA DE ELECTROTECNIA

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL pueden ser utilizados para la implementación de cualquier función algebraica del mismo número de variables. Decodificador binario de 2 a 4 líneas. En la figura 334, se muestra un decodificador binario de 2 a 4, con salidas de lógica invertida como se aprecia en su tabla de verdad.

Decodificador TTL 74LS139. En la figura 335 se muestra la distribución de p...