Lab Oratorio 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA GUÍA DE LABORATORIO N° 5 MINI-CALCULADORA CON ELEMENTOS DISCRETOS Generalidades Materia: Electrónica Digital I Profesor: Jhon Jairo Ramírez Echeverry Duración: 1 Sesión Descripción Se implementará una mini-calculadora con elementos discretos. Para ello se dividirá en dos partes el circuito total a implementar: Entrada de datos y visualización de resultados. Objetivos Diseñar e implementar un circuito que permita realizar operaciones aritmético-lógicas; que sea direccionable y accesable por medio de un bus de datos y otro de direcciones. La visualización del resultado se hará por medio de dos displays multiplexados. Objetivos Específicos • Conocer la lógica de funcionamiento de un bus de datos; diseñar e implementar uno. • Aprender a direccionar datos a través de registros. • Diseñar un circuito de decodificación de direcciones para acceder a un medio de transmisión. • Diseñar el funcionamiento de un par de displays multiplexados. • Familiarizarse con el uso y funcionamiento de los siguientes dispositivos y elementos: -Decodificadores. -Unidades Aritmético – Lógicas (ALU). -Registros. Materiales • Diseño completo del circuito a implementar. • Multímetro (Ohmetro). • 2 displays. • ALU. • Multiplexor. • Astable (4047 o 555) • Decodificadores • 1 Decodificador BCD a 7 segmentos. • Resistencias (Según cálculos). • 4 Registros.

• DIP Switch • Hojas de datos (impresas o fotocopias) de los integrados a utilizar. Desarrollo Antes de la sesión de la práctica se debe tener el análisis completo del diseño a implementar, además del respectivo montaje. En general el laboratorio está conformado por cuatro partes: Sustentación preliminar, montajes, sustentación e informe final. Sustentación preliminar: Prueba escrita en la que se preguntará acerca de criterios empleados en el diseño del circuito de este laboratorio. Para ello se deberá tener claridad sobre el funcionamiento y los resultados que se esperan en cada circuito. Se efectuará antes de la práctica en el aula del laboratorio. Montajes : 1. Diseño de Bus de datos de 4 bits, direccionable a tres posibles destinos. 1.1 Cálculos: El concepto de bus para la transmisión de datos e información en general está altamente difundido en nuestros días. Los buses se utilizan tanto para la transmisión de datos analógicos y digitales, como para las redes de computadores, es más, la arquitectura interna de los microprocesadores funciona con buses de transmisión. Esta amplia gama de aplicaciones hace que el conocimiento de este concepto sea básico para nuestras intenciones académicas. Asociado con el concepto de bus de transmisión, y debido a que a un bus generalmente se conectan varios posibles destinos, aparece la necesidad de direccionamiento de los destinos. En circuitos prácticos el direccionamiento se puede realizar de muy diversas formas, y del buen funcionamiento de éste pueden depender en gran parte la seguridad de todo el sistema interconectado y así como su funcionamiento. Se implementará un circuito que realice operaciones aritmético-lógicas por medio de dispositivos discretos, el cual permite guardar en tres registros dos datos que se están operando y el resultado de la operación. Así mismo se contará con un cuarto registro donde se guardará el dato que corresponde al tipo de operación que debe efectuar la ALU. Los datos de entrada, incluyendo el dato de operación a realizar, serán entregados al circuito a través de un bus de datos común; para lo cual se hará uso de otro bus de datos de dirección el cual se encargará de indicarle al circuito qué dato se está entregado al circuito en un momento dado. Para la implementación del direccionamiento y el control de acceso al bus de transmisión usamos un sistema compuesto por un decodificador, que comandará la “carga” de datos en los diferentes registros del sistema.

El resultado final será visualizado a través de dos displays (decenas - unidades), cuyo manejo se hará a través de un único decodificador (displays multiplexados). El funcionamiento de éste se explica en el numeral dos de esta sección. A continuación se presenta en la figura N°1 un diagrama de bloques del circuito que se va a implementar en nuestra práctica. Los datos serán de 4 bits y deberán ser entregados por medio de un dip-switch (NO SE PERMITIRÁ EL USO DEL ENTRENADOR).

Control operación

Figura N°1 Diagrama de bloques del circuito de entrada A,B,C y OP indican registros (a base de Latches o de flip-flops) El decodificador de direcciones en este caso puede ser un decodificador binario de 2 a 4. La ALU es la Unidad lógica aritmética que ya se trabajó en prácticas anteriores El símbolo de tri-estado en este caso no se empleará Después de entendida la lógica de funcionamiento del circuito representado en el diagrama de bloques anterior (Explicación dada en la clase), se implementará el circuito en el protoboard con todos los elementos que sean necesarios para el funcionamiento adecuado del circuito. Podrán utilizar integrados que pertenezcan a la familia TTL o CMOS, teniendo cuidado en el manejo de los voltajes. (Ver Hojas de datos del integrado). 1.2 Pruebas y resultados: Una vez implementado el circuito, por medio de los interruptores aplique todas las combinaciones posibles de las variables de entrada y visualice el valor del número de salida (A la salida de la ALU) por medio del voltímetro, punta lógica o preferiblemente con LED’s (No olvide poner resistencias a cada led, en caso de escoger esta alternativa) Verifique de esta manera que se está cumpliendo la función planteada para el diseño .

2. Diseño de etapa de visualización de resultados.

2.1 Cálculos: Se pretende realizar el diseño de la etapa de visualización de los resultados entregados por la ALU del montaje del punto 1. Debido a que los resultados que entrega la ALU son datos de 4 bits, se deberá tener un grupo de 2 displays 7 segmentos con el fin de visualizar los datos superiores a 10(10) .

Deco dific ador bian ario/ BCD

E tap a N°1

El diagrama de bloques de esta etapa se presenta en la figura N°2.

ASTABLE

BD C/ 7 SE GM EN TO S

MULTIPLEXOR

DECODIFICADOR DE DISPLAY

Figura N°2 Diagrama de bloques del circuito de visualización El decodificador binario/BCD fundamentalmente toma los datos superiores a 10(10) en binario natural y convierte dicho dato en dos códigos BCD que representen las decenas y las unidades para que dichos datos sean visualizados en los displays correspondientes. El conjunto de: Multiplexor, BCD/7segmentos, Decodificador de display y Astable, implementa propiamente la función de visualización multiplexada, permitiendo que a través de UN (UNO SOLO) decodificador BCD/7 segmentos se pueda decodificar tanto el dato

de las unidades como de las decenas. La velocidad de multiplexación de los dos decodificadores (BCD/7segmentos y decodificador de display) es lo que permite ver todo el dato como si existiera un decodificador BCD/7segmentos para cada dato. Después de entendida la lógica de funcionamiento del circuito representado en el diagrama de bloques anterior (Explicación dada en la clase), se implementará el circuito en el protoboard con todos los elementos que sean necesarios para el funcionamiento adecuado del circuito. Podrán utilizar integrados que pertenezcan a la familia TTL o CMOS, teniendo cuidado en el manejo de los voltajes. (Ver Hojas de datos del integrado). 2.2 Pruebas y resultados: Una vez implementado el circuito pruebe con diferentes datos de entrada y diferentes operaciones en la ALU. Verifique el resultado. Sustentación : Parámetro de calificación de las prácticas que se evaluará por medio del trabajo visto en el laboratorio. Recuerde que de acuerdo con el documento "normas para el trabajo en el laboratorio", es necesario para la sustentación del laboratorio contar con las hojas de datos de los integrados, el diseño del circuito con los pines que correspondan exactamente a la implementación hecha en el protoboard y el circuito funcionando correctamente. Informe del laboratorio: Presentación escrita de todos los cálculos teóricos y los resultados obtenidos en el laboratorio. Se hará con base en el documento sobre presentación de artículos técnicos internacionales expedido por el IEEE. Bibliografía [1] Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones. Ronald J. Tocci. Sexta Edición. [2] Diseño Digital: Principios y prácticas. Jhon F. Wakerley.