Laboratorio 4 - Circuito Sumador Completo en Proteus PDF

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Circuito Sumador Completo en Proteus ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO PRÁCTICA NRO. 4

SILABO: DISEÑO DIGITAL RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA PRÁCTICA: Entender el manejo del sumador completo paralelo de 4 bits, decodificador BCD-7Seg y el display de 7 segmentos. TIEMPO PLANIFICADO EN EL SÍLABO: 4 horas TIEMPO DE PRÁCTICA POR GRUPO DE ESTUDIANTES: 2 horas NÚMERO DE ESTUDIANTES POR GRUPO: 5 TEMA: Full Adder (Sumador Completo) OBJETIVO: ● ● ●

Armar un circuito sumador completo de 4 bits. Manejar un decodificador BCD-7Seg. Montar un display de 7 segmentos para visualizar los resultados.

MATERIALES • 15 Resistencias de 330 Ω • 2 dip switch 4 • 74LS283 • 74LS47 • Display de 7 segmentos ánodo común • Datasheet 74LS283 • Datasheet 74LS47

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS • 1 Fuente de C.C. de 5V. • 1 Multímetro • 1 Computadora • Simulador de circuitos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS MARCO TEÓRICO: • SUMADOR COMPLETO Un sumador es un circuito que realiza la suma de dos palabras binarias. Es distinta de la operación OR, con la que no nos debemos confundir. La operación suma de números binarios tiene la misma mecánica que la de números decimales. Por lo que en la suma de números binarios con dos o más bits, puede ocurrir el mismo caso que podemos encontrar en la suma de números decimales con varias cifras: cuando al sumar los dos primeros dígitos se obtiene una cantidad mayor de 9, se da como resultado el dígito de menor peso y “me llevo" el anterior a la siguiente columna, para sumarlo allí. En la suma binaria de los dígitos 1 + 1, el resultado es 0 y me llevo 1, que debo sumar en la columna siguiente y pudiéndose escribir 10, solamente cuando sea la última columna a sumar. A este bit más significativo de la operación de sumar, se le conoce en inglés como carry (acarreo), equivalente al “me llevo una” de la suma decimal. Semisumador. Es un dispositivo capaz de sumar dos bits y dar como resultado la suma de ambos y el acarreo. La tabla de verdad correspondiente a esta operación sería:

Con lo que sus funciones canónicas serán:

Que una vez implementado con puertas lógicas, un semisumador tendría el circuito:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Sumador completo. Presenta tres entradas, dos correspondientes a los dos bits que se van a sumar y una tercera con el acarreo de la suma anterior. Y tiene dos salidas, el resultado de la suma y el acarreo producido. Su tabla de verdad será:

Sus funciones canónicas serán:

Que una vez simplificadas quedarían:

O bien:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Una vez implementado con puertas lógicas el sumador presentaría cualquiera de los siguientes circuitos:

Aunque, como ya hemos dicho en otros casos, en realidad estos circuitos no se cablean con puertas lógicas, sino que forman parte de circuitos integrados como el CI 7483, que es un sumador de cuatro bits.

Características del sumador de 4 bits 7483: Es un sumador completo que ejecuta la suma de dos números binarios de cuatro bits. Hay salida de suma por cada bit y el acarreo resultante (C4), se obtiene del cuarto bit. Está diseñado para velocidades medias-altas de funcionamiento, con bits múltiples de suma en paralelo y acarreo en serie. ● ● ● ● ● ●

Tensión de alimentación.......................4,5V a 5,25V. Temperatura de funcionamiento.............0 a 70ºC. Cargabilidad de salida normalizada C4......5 U.L. Cargabilidad de las salidas de suma.........10 U.L. Tensión de entrada alta mínima..............2V. Tensión de entrada de alta máxima.........0,8V.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Para sumar números de más de un bit, también se recurre al conexionado de sumadores binarios en paralelo, donde el acarreo de la suma de dos dígitos será una entrada a sumar en el paso siguiente. En este caso se precisan tantos semisumadores como bits tengamos que sumar. El montaje de la figura posterior tiene un funcionamiento idéntico al del CI 7483, aunque presenta incompatibilidades a nivel de pines.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS • DECODIFICADOR BCD-7SEG Este decodificador se aparta de la definición general ya que cada combinación de valores de las entradas activa varias salidas, en lugar de una sola. Tiene cuatro líneas de entrada en código BCD y salidas capaces de excitar un display de siete segmentos para representar cualquier dígito de 0 a 9. De la misma forma que hay dos tipos de decodificadores existen dos tipos de display de 7 segmentos, unos cuyos segmentos se activan con un 1, llamado display de 7 segmentos de cátodo común, y otro cuyos segmentos se activan con un cero, llamado display de 7 segmentos de ánodo común. Evidentemente, decodificador y display tienen que ser del mismo tipo para poder ser conectados. Los displays de 7 segmentos son dispositivos que se utilizan para visualizar información. Cada segmento de un display está constituido por un LED que, al activarse, es decir, cuando circula una corriente a través suyo, se ilumina. El tipo de conexión de estos LED es lo que determina si el display de 7 segmentos es de ánodo común o de cátodo común. A continuación, se muestra una imagen de lo que sería un decodificador BCD de 7 segmentos, 7447. Podemos observar que tiene 16 "patillas", de los cuales 4 son entradas, 7 son salidas, 2 son de alimentación y 3 son de funcionamiento del propio decodificador.

Algunas de las características son: ● ●

●

Salidas activas a nivel bajo. Entradas de control también activas a nivel bajo: ○ LT : Lamp Test. ○ RBI: Ripple blanking input. ○ BI/RBO: Blanking input / ripple blanking output. Las salidas pueden controlar directamente un display de 7 segmentos en ánodo común.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS La tabla de funcionamiento sería:

s = saturado, c = cortado Si queremos conectar varios decodificadores 7447 en cascada para representar números de más de un dígito, y queremos eliminar la aparición de ceros innecesarios, por ejemplo: 0039 en vez de 39. Utilizaremos los terminales RBI (entrada de borrado en cascada) y RBO (salida de borrado en cascada). Así, el funcionamiento sería: Si en la entrada se tiene la configuración 0000 y RBI está a nivel bajo (Activa) no se activa ningún LED en salida, y RBO se pone a nivel bajo. (Observar conexionado y la diferencia existente con los ceros en posiciones decimales).

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS • DISPLAY 7 SEGMENTOS El display 7 Segmentos es un dispositivo opto-electrónico que permite visualizar números del 0 al 9. Existen dos tipos de display, de cátodo común y de ánodo común. Este tipo de elemento de salida digital o display, se utilizaba en los primeros dispositivos electrónicos de la década de los 70’s y 80’s. Hoy en día es muy utilizado en proyectos educativos o en sistemas vintage. También debido a su facilidad de uso, mantenimiento y costo, son utilizados en relojes gigantes o incluso como marcadores en algunos tipos de canchas deportivas. Es importante mencionar que los displays de 7 segmentos, dado que están construidos con diodos LED, requieren una corriente máxima. En otras palabras, se requiere colocar una resistencia para limitar la corriente. Dicha resistencia depende de la corriente que se quiera suministrar al LED así como de la caída de voltaje. Para calcular la resistencia usamos la Ley de Ohm. Pueden ver este tutorial para calcular la resistencia de un led. También te puede interesar el código de colores para resistencias. SÍMBOLO DEL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS El display de 7 segmentos tiene una estructura casi estándar en cuanto al nombre de los segmentos. Para dicho elemento, se cuenta con 7 leds, uno para cada segmento. Para cada segmento, se le asigna una letra desde la «a» hasta la «g». El display tiene por nombre a cada uno de los siguientes segmentos, es decir, el símbolo del display 7 segmentos es:

TIPOS DE DISPLAY 7 SEGMENTOS Existen dos tipos principales para los displays 7 segmentos. Esta diferencia depende principalmente del arreglo como están conectados los leds que forman a cada segmento. Sabemos que un led tiene dos terminales que se denomina: cátodo y ánodo. El ánodo es la parte positiva del LED, mientras que el cátodo es el pin negativo. Entonces los tipos de display de 7 segmentos se dividen en aquellos de cátodo común y los de ánodo común. Entonces el display tendrá además de los 7 segmentos, 1 pin común. Este pin común se conecta al cátodo o al ánodo dependiendo del tipo de display.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS DISPLAY 7 SEGMENTOS CÁTODO COMÚN El display cátodo común es aquel que tiene el pin común conectado a los negativos de los LED’s (cátodo). Esto significa que este tipo de display se «controla» con ‘1’ s lógicos o con voltaje positivo. El arreglo para un display de cátodo común sería el siguiente:

DISPLAY 7 SEGMENTOS ÁNODO COMÚN El display ánodo común es aquel cuyos ánodos están conectados al mismo punto. Este tipo de display es controlado por ceros, es decir que el microcontrolador o MCU, FPGA o microprocesador, le asigna a cada segmento un cero lógico (también llamada tierra digital). El esquema o diagrama del display de 7 segmentos en ánodo común es:

FUNCIONAMIENTO DEL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS El display de 7 segmentos funciona al activar y desactivar cada uno de los leds para formar los números deseados. Por ejemplo, en la siguiente imagen te mostramos como debe de ser la activación de cada segmento para representar los números 0 y 3.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS PROCEDIMIENTO: 1. Analice los datasheet de los circuitos integrados 74LS283 y 74LS47.

Este integrado tiene las entradas A y B de 4 bits cada una, con las salidas de la suma, bit a bit. Para su correcto funcionamiento se tiene la entrada VCC para proporcionar el voltaje adecuado y su entrada GND que respecta a tierra.

Este integrado tiene las 4 entradas en código BCD, así como también la entrada para la supresión de ceros, a su vez, tiene 7 salidas que son para activar respectivamente los 7 segmentos que corresponden al display ánodo común, al igual que el integrado anterior para su correcto funcionamiento se tiene la entrada VCC para proporcionar el voltaje adecuado y su entrada GND que respecta a tierra.

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2. Arme en un simulador de circuitos el esquema del sumador completo de 4 bits que se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Circuito sumador completo de 4 bits 3. Pruebe el circuito sumador completo de 4 bits con las siguientes entradas (Realice capturas de pantallas donde se visualice la configuración de las entradas de dip switch y salida en el display)

A 0011 0010 1000 0100

B 0110 0101 0001 0010

𝛴

1001 0111 1001 0110

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● A = 0011 y B = 0110

Figura 2: Resultado de la Operación A = 0011 y B = 0110

● A = 0010 y B = 0101

Figura 3: Resultado de la Operación A = 0010 y B = 0101

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● A = 1000 y B = 0001

Figura 4: Resultado de la Operación A = 1000 y B = 0001

● A = 0100 y B = 0010

Figura 5: Resultado de la Operación A = 0100 y B = 0010

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS RESULTADOS:

Como podemos observar en la imagen anterior, se muestra el diseño completo del sumador completo, el mismo que tiene como salida un display para mostrar de forma codificada el dígito de resultado. conectados de manera correcta para no tener errores al momento de realizar la suma, considerando el peso binario.

En esta imagen podemos observar ya una variante entorno a las entradas, pues en decimal ingresamos los números 3 = 0011 y 6 = 0110, que como resultado tenemos el 9 = 1001, por lo que las señales nos permiten saber perfectamente el valor que cada entrada/salida tiene y evidentemente tenemos el valor binario expresado en dígito a través display.

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En esta imagen podemos observar ya otras entradas, pues en decimal ingresamos los números 2 = 0010 y 5 = 0101, que como resultado tenemos el 7 = 0111, por lo que las señales nos permiten saber perfectamente el valor que cada entrada/salida tiene y evidentemente tenemos el valor binario expresado en dígito a través display.

En esta imagen podemos observar ya otras entradas, pues en decimal ingresamos los números 8 = 1000 y 1 = 0001, que como resultado tenemos el 9 = 1001, por lo que las señales nos permiten saber perfectamente el valor que cada entrada/salida tiene y evidentemente tenemos el valor binario expresado en dígito a través display.

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En esta imagen podemos observar ya otras entradas, pues en decimal ingresamos los números 4 = 0100 y 2 = 0010, que como resultado tenemos el 6 = 0110, por lo que las señales nos permiten saber perfectamente el valor que cada entrada/salida tiene y evidentemente tenemos el valor binario expresado en dígito a través display.

CONCLUSIONES: Se puede concluir que: ● El diseño del circuito en el simulador permite de mejor manera saber el funcionamiento de un sumador completo, pues a partir del análisis de un semisumador, se tiene como base la función que cumple para formar uno completo. ● El integrado comercial 74LS283 es de gran ayuda y sobre todo más práctico para realizar un sumador de 4 bits, pues es la estructura comercial que se tiene, por ende el montaje de un circuito físico sería bastante ideal partiendo del conocimiento de su respectivo datasheet. ● El software simulador provee una vista ideal de cómo sería nuestro circuito físico, el pero de este comentario está en el hecho de que al elaborarlo de manera física, tomaremos en cuenta que trabajamos con Voltaje real, a su vez con un amperaje en concreto, es por esto que debemos saber el datasheet de cada integrado y obviamente las resistencias que se emplean para no causar cortos ni ningún otro problema en la placa que trabajemos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS RECOMENDACIONES: Se recomienda que: ● Se busque la información necesaria para el diseño de circuitos, en este caso de los integrados que se pueden utilizar, de las funciones de cada uno de ellos y por supuesto de las conexiones que se hacen al momento de diseñar el circuito en algún software simulador. ● Se informe bien sobre los integrados que se implementan en este tipo de diseños, pues cada integrado funciona de manera diferente, por lo tanto, tener el datasheet de cada uno de ellos nos permite saber a detalle su estructura y sobre todo que pines son de entrada y cuales son de salida. ● Se tome en cuenta la diferencia entre simular y diseñar físicamente un circuito, pues hay varios factores que son importante a la hora de elaborar un circuito físico, es decir en un protoboard o alguna placa que nos permite montar nuestro circuito, pues trabajaremos con señales cargadas de corriente real, por ende, saber que resistencias utilizar y a su vez, donde implementarlas.

PREGUNTAS DE CONTROL: ¿Qué muestra el display si sumo 1000 + 0010? ¿Por qué?

Este es el resultado mostrado en el display, se debe a que en el display se está manejando 1 solo dígito, es decir, nos mostrará los dígitos del 0 al 9, por lo tanto, si el resultado de la suma entre ambos números de 4 bits es mayor a 9, se necesita de otro display para mostrar en tal caso las unidades y decenas.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ¿Qué número de circuito integrado debo utilizar si tengo un display de cátodo común? Para el display de cátodo común se requiere de un integrado 74LS48.

BIBLIOGRAFÍA [ 1 ] [ 2 ]

anonimo, «e-ducativa.catedu,» [En línea]. Available: http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4923/html/7_sumadores.html. [Último acceso: 1 Agosto 2020]. J. L. Gálvez, «ikastaroak.ulhi,» [En línea]. Available: https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/IEA/ELEC/ELEC02/es_IEA_ELEC02_Contenidos/website_541_d ecodificador_bcd_de_7_segmentos.html. [Último acceso: 1 Agosto 2020].

[ R. E. Marmolejo, «hetpro-store,» 24 Enero 2018. [En línea]. Available: https://hetpro3 store.com/TUTORIALES/display-7-segmentos-anodo-catodo-comun/. [Último acceso: 1 Agosto ] 2020]....