Tercera Práctica Laboratorio Fisica Electronica

Tercera práctica Temáticas que aborda componente práctico: Sistema Digital Un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que solo puedan tomar valores discretos. Estas señales discretas se encuentran en todos los sistemas digitales, como las computadoras y calculadoras, equipos de audio y video y numerosos dispositivos electrónicos.

Fig. 1 Señal Digital Compuertas Lógicas: Las Lógicas: Las compuertas lógicas son circuitos integrados, construidos con diodos, transistores y resistencias, que conectados de cierta manera hacen que la salida del circuito sea el resultado de una operación lógica básica (como la AND, OR, NOT, etc. ) sobre la entrada.

Fig. 2 Diagrama compuerta 7400 Por medio de las compuertas lógicas se pueden implementar sistemas digitales que tengan aplicaciones sencillas pero importantes para el funcionamiento de los diversos equipos electrónicos. Este es el caso de los Circuitos Lógicos Combinacionales, Combinacionales, es decir, aquellos circuitos construidos a partir de la “combinación” de compuertas lógicas. Entre los más

interesantes se encuentran: los circuitos aritméticos, los comparadores, los codificadores y decodificadores, los multiplexores y los demultiplexores. CONTADORES DIGITALES Podemos definir un contador digital, como aquel sistema electrónico capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe la entrada destinada para tal efecto, indicando dicho conteo en un código binario previamente elegido. Generalmente se tiene la opción de visualizar el conteo mediante dispositivos como displays de siete segmentos. Los contadores pueden ser asíncronos ó síncronos. Los primeros tiene n un retardo de respuesta, contrario con lo que sucede en los contadores síncronos. Dependiendo del tipo de aplicación para la cual se emplea el contador se elige uno u otro. Por ejemplo, si se necesita que el conteo se esté comparando en cada instante con un número preestablecido, el tiempo de retardo adquiere gran importancia. Por lo tanto, el contador síncrono es la opción más conveniente. Contador decimal Generalmente, nos interesa conocer el número de pulsos que el contador lleva en algún instante en concreto o durante todo momento. Esta información resulta complicada de obtener directamente de un contador binario, ya que lo más co mún es el manejo de cifras decimales. Para obtener un contador que proporcione esta información decimal, se dispone de un elemento base, que se denomina década. Una década es la unidad encargada de obtener un conteo de 0 a 9 unidades y es capaz de activar otra década, que contará las decenas, y así sucesivamente. Es evidente que cada década debe reinicializar al iniciar la siguiente. La salida puede ser llevada a un decodificador BCD-7segmentos para visualizar los dígitos de las cifras decimales. La siguiente figura muestra la conexión y los modos de selección de la década integrada o circuito integrado 74LS90.

Fig. 3 Configuración de contador 74LS90 en modo decimal

ENTRADAS SALIDAS MR  MR  MS MS Q0 Q1 Q2 Q3 H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H L X L X CONTADOR X L X L CONTADOR L X X L CONTADOR X L L X CONTADOR Tabla 1 Modos de selección del contador 74LS90 En la tabla de modos de selección se observa que para tres combinaciones en las variables de entrada, las salidas permanecen en unos niveles fijos predeterminados, independientemente de la entrada de impulsos a través CKA; sin embargo hay cuatro combinaciones para las cuales el chip se comporta como contador llevando la secuencia BCD como lo muestra siguiente tabla. SALIDAS Contado Q0 Q1 Q2 Q3 0 L L L L 1 H L L L 2 L H L L 3 H H L L 4 L L H L 5 H L H L 6 L H H L 7 H H H L 8 L L L H 9 H L L H Tabla 2 Salidas para cada valor decimal del contador 74LS90 A cada impulso de la entrada, las salidas van cambiando según una secuencia que, una vez llegue a su última combinación, volverá a repetirse sucesivamente mientras vayan llegando impulsos a la entrada CKA. Este caso concreto se llama una década, dado que el número de estados posibles en sus salidas es un múltiplo de 10. Si se conectan varias décadas en cascada, de tal manera que la salida de mayor peso actúe sobre la entrada de la década siguiente, aumentará la capacidad del circuito y se podrá contar hasta 100, es decir de 0 a 99. A continuación, se presenta un ejemplo de un contador ascendente asíncrono. En la imagen se evidencia que V2 es la señal de control que permite incrementar el contador a medida que se generan los diferentes pulsos.

Fig. 4 Ejemplo de contador asíncrono Actividades a desarrollar Recursos necesarios para el desarrollo de la práctica Materiales que debe llevar el estudiante Elemento Cantidad DipSwitch 1 Resistencia 10KΩ 2 Resistencia 220Ω 1 Resistencia 100Ω 1 LED 1 74LS04 1 74LS08 1 74LS32 1 555 1 Condensador cerámico 10nF 1 Condensador electrolítico 47µF 1 Condensador electrolítico 220µF 1 Potenciometro 10KΩ 1 Pulsador NA 1 74LS90 1 74LS47 1

Display ánodo común Llave óptica

1 1

Equipos / instrumentos de requeridos Elemento Multímetro Fuente de alimentación DC Generador de señales

laboratorio Cantidad 1 1 1

1. Realice el montaje del siguiente circuito.

a. Asigne una variable a cada una de las entradas y complete la tabla de verdad. A

B

Salida

b. Realice el diagrama de tiempos asociado al circuito. c. Simplifique el circuito y muestre una forma alternativa de representarlo. ¿Qué papel están desempeñando las resistencias R1, R2 y R3?

2. Realice el montaje del siguiente circuito.

a. Identifique el pinout del 555 a partir de su datasheet. b. Varíe alguno de los elementos que haga aumentar la frecuencia del reloj. c. Varíe algunos de los elementos que permita disminuir la frecuencia del reloj.

¿En qué tipo de aplicaciones puede ser empleado el circuito?

3. Realice el montaje del siguiente circuito.

a. Describa el funcionamiento del circuito. b. Enuncie aplicaciones en las que pueda ser empleado el circuito. c. ¿Cuál es el papel del potenciómetro en el circuito?

¿Cuál es el papel del potenciómetro en el circuito?

4. Realice el montaje del siguiente circuito teniendo en cuenta que el conjunto del fotodiodo y el fototransistor representan una llave óptica y que el generador lógico que está en estado cero se ha dejado a modo de indicador de entrada de los pulsos, pero no debe ser reemplazado por un componente físico.

Puede reemplazar el 74LS47 y el display ánodo común por un 74LS48 y un display cátodo común.

a. Documente el funcionamiento de los circuitos integrados a partir del datasheet de los mismos. b. Implemente un sistema que permita alternar entre la entrada de pulsos al contador por medio de la llave óptica o el 555 en modo Astable. c. ¿En qué tipo de aplicación se podría emplear este circuito? d. ¿Qué función cumplen los pines 3, 4 y 5 del circuito 74LS47? e. Documente por medio de fotografías el funcionamiento del circuito.

¿Qué sucede si en lugar de resistencias de 220Ω, se emplean resistencias de 10kΩ del 74ls47 al display?

Ejercicio de contextualización a cargo del tutor de laboratorio Teniendo en cuenta la disponibilidad de equipos Lucas Nülle en algunos de los centros. A continuación, se presentan ejercicios de contextualización que podrá dirigir el tutor encargado de la práctica. Para el desarrollo de este ejercicio de contextualización se mostrará el funcionamiento de un contador síncrono y asíncrono haciendo uso de un contador 74HC191, dispuesto en la tarjeta SO4201-8Q Contador de 4 bits que se muestra a continuación.

Fig. 5 tarjeta SO4201-8Q Contador de 4 bits

Conecte la tarjeta al experimentador y verifique el funcionamiento del contador asíncrono ascendente y descendente, generando los pulsos con S3, tenga en cuenta que S1 debe estar en posición habilitado como lo muestra la figura anterior. Ahora conecte la tarjeta al experimentador como lo muestra la siguiente figura, aquí se podrá verificar la carga de datos en el contador y la generación de pulsos que lo convertirán en un contador síncrono.

Fig. 6 Contador en modo síncrono Luego abra el generador de funciones del software L@bsoft, el cual se encuentra en instrumentos, luego en fuentes de tensión  y finalmente en generador de funciones. Seguidamente, el instrumento de entradas y salidas ampliadas, el cual se encuentra en instrumentos, luego en Digital   y finalmente en Entradas y salidas ampliadas. Estos se verán de la siguiente forma:

Fig. 7 Generador de funciones e instrumento de entradas y salidas ampliadas Configure los instrumentos tal cual se muestran en la figura anterior, manipule la frecuencia en el generador para verificar el cambio en las salidas y realice la carga de un dato en el contador manipulando los pulsadores Q0 a Q3 del instrumento de entradas y salidas ampliadas.

Nota: Para el desarrollo de las prácticas de laboratorio se debe tener en cuenta que: -Es importante emplear bata durante el desarrollo de las prácticas en laboratorio. -La ubicación de equipos e instalaciones eléctricas se encuentren en buen estado. -Los niveles de voltaje aplicados a los equipos correspondan a los estandarizados para los mismos. -Los instrumentos sean empleados correctamente, de acuerdo a la tarea que se esté desarrollando con estos. -Antes de manipular cualquier circuito, debe estar desconectado de la red eléctrica. -Antes de poner en funcionamiento un circuito pida el concepto del tutor para evitar conexiones erróneas que puedan afectar el mismo. -No emplee equipos o herramienta sin documentarse acerca de su uso. -Verifique el estado de los equipos antes de su uso e informe cualquier anomalía que pueda encontrar.

-Deje ordenados y des-energizados los equipos al finalizar la práctica.