DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Ejemplo de diseño del Proyecto N° 1 La empresa de potabilización de agua dispone de un tanque de decantación y desea desde una sala de control monitorear algunas características de los mismos. Supongamos tener un tanque con agua, el cual puede variar entre 0 y 7 unidades; además se tiene la posibilidad de fijar un valor predeterminado como nivel de referencia. Tanto el tanque con agua como el nivel de referencia lo simularemos con la PC mediante una planta realizada en Visual Basic, y estos dos valores los tendremos disponibles en binario en el puerto paralelo de la PC como se muestra a continuación:

Se quiere mostrar en un “Display” alguna de las siguientes opciones: 1. Si el valor del nivel de agua del tanque NT es menor al de referencia NR fijado por el usuario deberá mostrarse en el display el Nivel del Tanque. 2. Si el valor del nivel de agua del tanque es igual al de referencia fijado por el usuario deberá mostrarse en el display el Nivel del Tanque Titilando. 3. Si el valor del nivel de agua del tanque es mayor al de referencia fijado por el usuario deberá mostrarse en el display El número “8” mostrando de esta manera que hay un problema.

Ejemplo de diseño del Proyecto N° 1

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Hoja 1 de 6

DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA El esquema general del proyecto sería:

CIRCUITO A DISEÑAR

El diagrama de Bloques correspondiente al diseño de este proyecto es el siguiente:

NT

NT

NR

C O M P A R A D O R

8

M U L T I P L E X O R

DECO DIFIC ADOR BCD 7 SEG

NT > R NT = R NT < R

LÓGICA DE CONTROL

CLOCK

Según este diagrama de bloques podemos observar que para el diseño de este proyecto, se necesitan los siguientes elementos: a) Un comparador numérico quien tendrá que comparar el valor del Nivel del tanque NT con el de referencia NR y según sea su comportamiento actuar en consecuencia. b) Un display quien mostrará los valores numéricos requeridos, ya sean del nivel del tanque NT o el número 8 c) Un decodificador BCD a 7 segmentos que actuará sobre el display. d) Un selector (Multiplexor) quien deberá seleccionar según sea el caso, el valor del nivel del tanque NT o el Número 8, dicho valor será enviado al decodificador para ser mostrado luego en el display. e) Un clock que será utilizado para que titile el display, cuando el valor del nivel del tanque sea igual al de referencia NT = NR. f) Una lógica de control que estará encargada de accionar el selector y el control de apagado del display utilizando como información los datos provenientes del comparador y la señal de clock.

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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Los circuitos integrados que utilizaremos y las consideraciones a tener en cuenta de los mismos son las siguientes: a) Como Comparador de magnitud de 4 bits utilizaremos el circuito integrado CD-4585 que tiene la posibilidad de comparar 2 números binarios de 4 bits, llamados A ( A3 A2 A1 A0 ) y B ( B3 B2 B1 B0 ) y entregar en una de sus 3 salidas la información de esa comparación. Las entradas de este componente estarán conectadas al puerto paralelo de la PC por el cual la misma entregará la información correspondiente al Nivel del Tanque NT que estará conectada a las entradas correspondientes al número A y al Nivel de Referencia NR conectadas a las entradas del número B. Como la información proveniente de la PC corresponde a 2 números entre 0 y 7 y su representación en binario estará dada por 3 bits cada uno, el cuarto bit o sea el A3 y el B3 deberán estar conectados a nivel bajo (0) o bien enviar desde la PC la información como número binario de 4 bits cada uno. La información de salida, será a un (1) en la salida A < B , A = B , o A > B, según corresponda y un (0) en las otras dos. Cabe destacar que como este componente suele ser utilizado para comparar números de más de un dígito posee 3 entradas de información A < B , A = B , o A > B, que se utilizan en cadena o sea que por ejemplo las salidas del circuito integrado correspondiente a las decenas se conectan a las entradas correspondientes de las unidades, En nuestro caso como sólo compararemos números de un dígito entre 0 y 7 estas entradas deberán conectarse de la siguiente manera, A < B, y A > B a nivel bajo (0), y A = B a nivel alto (1) indicando que los dígitos anteriores de ambos números son iguales. b) El Display que se utilizará será del tipo Cátodo Común, pues como se verá en el ítem siguiente, el decodificador entrega valores altos para los LED´s correspondientes a los segmentos. Además se deberá conectar en serie con cada segmento una resistencia limitadora de corriente cuyo valor deberá estar entre 180 Ω y 680 Ω ya que se utilizará como fuente de alimentación una tensión de 5 V. c) Como Decodificador BCD a 7 Segmentos utilizaremos el circuito integrado CD-4511 quien entrega los valores de los segmentos en lógica positiva, o sea que cuando se quiere mostrar un número, este deberá ingresarse por los pines de entrada D-C-B-A como numero binario ( BCD) y a la salida se pondrán en uno los pines correspondientes a-b-c-d-e-f-g que luego activarán los segmentos del display. Además este componente posee 3 entradas de control, una entrada /LT Lamp Test que se acciona con nivel bajo y se utiliza para “testear” las salidas llevándolas todas a nivel alto, por lo que en nuestro caso deberá estar conectada a nivel alto (1) para poder mostrar en el display los distintos números; otra entrada LE Latch Enable que se acciona con nivel alto y se utiliza para “memorizar” el número que se está mostrando, o sea que aunque los datos de entrada al decodificador este sigue mostrando el número memorizado; como en este proyecto esta propiedad no la necesitamos deberemos conectarla a nivel bajo (0). Por último una entrada /BI Blanking Input que se activa con nivel bajo y se utiliza para apagar el display. Ejemplo de diseño del Proyecto N° 1

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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA d) El Multiplexor Demultiplexor que se utilizará como selector es el circuito integrado CD-4551 el cual es un selector cuádruple de 2 posiciones o sea que podremos utilizarlo para elegir uno de dos números de 4 bits. En la posición (0) Z0 Y0 X0 W0 conectaremos el número correspondiente al Nivel del Tanque T3 T2 T1 T0 y en la posición (1) Z1 Y1 X1 W1 conectaremos el valor binario correspondiente al Número 8 o sea el 1 0 0 0. La elección de uno de estos dos valores estará comandada por el circuito correspondiente a la lógica de control y el número seleccionado estará disponible en los terminales de salida Z Y X W los que se conectarán a las entradas D C B A del decodificador BCD a 7 Segmentos. e) El Clock se armará de la manera tradicional, con 2 compuertas NAND Schmitt Trigger del circuito integrado CD-4093 y el período del mismo dependerá de los valores de R y C que se adopten. En este caso al utilizar un valor de R =1 MΩ y un valor de C = 1 μF el período estará en el orden de 1 segundo que es un valor aceptable para ver titilar un número en el display. f) La Lógica de Control se diseñará a continuación teniendo en cuenta las especificaciones a cumplir. Para ello armaremos una tabla de verdad con la información de entrada que disponemos o sea los valores correspondientes a las salidas del comparador ( < ) , ( = ) y ( > ) y la señal de Clock ; y las dos salidas que tendremos corresponderán al terminal de control del Multiplexor y al /BI del Conversor BCD 7 Segmentos. Luego de llenar la tabla con las consideraciones correspondientes se volcarán los valores a dos diagramas de Karnaugh para proceder a la simplificación de las dos funciones de salida. Las consideraciones a tener en cuenta para el llenado de la tabla de verdad son las siguientes: • Las salidas del comparador sólo pueden tener un estado en alto a la vez por lo que los estados en que haya mas de un 1 o las 3 salidas en 0 serán consideradas X o sea al no ser un caso posible de ocurrir, se lo puede tomar como un comodin. • El terminal de Control del Multiplexor al estar en estado bajo (0) seleccionará el valor del Nivel del Tanque y al estar en estado alto (1) seleccionará el Número ( 8 ) por lo que estará en estado bajo 0 para las condiciones NT < NR y NT = NR estará en estado alto 1 para la condición NT > NR independientemente del valor del Clock. • El terminal /BI deberá estar siempre en estado alto 1 para mostrar el valor correspondiente al Nivel del Tanque NT o al Número 8, salvo en la condición NT = NR en el que deberá alternar entre 0 y 1 para lograr el efecto que el número Titile; esto se logrará colocando en la condición NT = NR un nivel alto 1 cuando el Clock esté en bajo y un nivel bajo 0 cuando el Clock esté en alto, aunque esto podría considerarse a la inversa pues produciría el mismo efecto.

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Hoja 4 de 6

DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA •

Los valores de las variables de entrada y salida, para mayor comodidad las designaremos de la siguiente manera:

m I M CK C /BI

corresponde a

corresponde a

NT < NR NT = NR NT > NR Clock Control Blank

La tabla de verdad y los diagramas de Karnaugh serían los siguientes:

CK 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

m 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

I 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

M 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

C X 1 0 X 0 X X X X 1 0 X 0 X X X

/BI X 1 1 X 1 X X X X 1 0 X 1 X X X

I

I IM CKm 00

00

01

11

10

X

1

X

0

01

0

X

X

X

11

0

X

X

X

10

X

1

X

0

m

CK m CK

M

M

m

M

De este diagrama de Karnaugh se puede determinar que la expresión correspondiente a la salida C:

C =M Deducimos así, que el terminal de Control del Multiplexor deberá estar conectado a la salida A > B del Comparador que corresponde a la condición NT > NR.

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IM CKm 00

Del segundo diagrama de Karnaugh se obtiene que la expresión correspondiente a la entrada /BI será la siguiente:

I

I 00

01

11

10

X

1

X

1

01

1

X

X

X

11

1

X

X

X

10

X

1

X

0

m

BI = I + CK

CK m CK

Si aplicamos el postulado de De Morgan para convertir la expresión a lógica NAND quedará:

m

BI = I + CK M

M

M

BI = I * CK

Debido A lo demostrado, el terminal /BI del decodificador BCD a 7 Segmentos deberá estar accionado por una compuerta NAND cuyas entradas estarán conectadas una a la salida A > B del Comparador y la otra conectada al circuito de Clock. Esta compuerta NAND como las del Clock corresponden al mismo Circuito Integrado. El Circuito Esquemático de este proyecto quedaría: MULTIPLEXOR W0 W

DECODIFICADOR

X0

X

B

Y0

Y

C

Z0

Z

D

0

W1

0

X1

0

Y1

1

Z1

A

1

LT

0

LE

a b BCD

c

7 SEG

d e f

BI

4551

g

4511

Cont

COMPARADOR A0

N T N R

A1

A>B

A2 A3

4585 B0

O A=B U T

B1

AB A=B A>B

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