CALCULADORA DE FUNCIONES BÁSICAS Oscar Gregorio Pérez Macías

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1 CALCULADORA DE FUNCIONES BÁSICAS Oscar Gregorio Pérez Macías RESUMEN La función de la calculadora de funciones básicas, es realizar las operaciones tales como: suma, resta y multiplicación de los números de 1 al 9, para ingresar los números es necesario un teclado matricial. Para su realización se diseñan dos teclados matriciales, para introducir cada uno de los números que llevan a cabo la operación aritmética, que son decodificados por un circuito integrado programable, proporciona una salida en número binario, esta información se lleva a dos diferentes destinos; uno es un decodificador para expresarla en números naturales y la otra es la entrada de un microprocesador, que realiza las operaciones aritméticas. Al realizar las operaciones aritméticas, la información que sale se envía a la sección del decodificador, para observar la información final ANTECEDENTES El matemático francés Blaise Pascal ( ) inventa la primera máquina sumadora en Es una maquina calculadora que sumar y restar. Contiene ruedas, cada rueda alimenta con su borde las cifras del 1 al 10. Cuando la rueda de la derecha, que representa las unidades, gira una vuelta completa, engrana con la rueda sitúa a su izquierda, y que representa las decenas, y adelanta una muesca. Si se introducen los números correctos no hay posibilidad de error. Pascal patenta la versión definitiva en 1649, pero constituye un fracaso comercial, es cara. El matemático alemán Gotfried Whilelm Leibniz ( ) idea una máquina calculadora en 1693, que supera a la de Pascal. Esta ultima solo suma y resta, la de Leibniz multiplicar por sucesión de sumas, y dividir por sucesión de restas. La primera calculadora electromecánica la inventa el estadounidense Herman Hollerith ( ), funciona con tarjetas perforadas. Con el tiempo Hollerith funda una compañía que se dedica a construir este tipo de maquinas, esa empresa es International Business Machines Corporation que se conoce como I.B.M. El mayor invento es el de la calculadora de bolsillo. En 1970, Texas Instruments saca a la venta la primera calculadora transportable. Emplea circuitos transistorizados, sólo pesa más de un kilo y cuesta 150 dólares. En los años subsiguientes, tanto el peso como el precio descienden espectacularmente Página 1

2 IMPLEMENTACIÓN Fig. Numero 1 Diagrama a bloques del circuito de la calculadora Figura 1 Teclado matricial Figura 2 GAL16V8 PROGRAMACION DEL GAL16V8 Para ingresar los datos los números con se realizan las operaciones aritméticas, se seleccionan con un teclado matricial (figura1), este emite una señal que recibe por un GAL16V8 (figura2), este circuito transforma la señal en un lenguaje binario natural. Las ecuaciones que se ingresan en el Gal16V8 se reducen por el método de Algebra de Boole, Mapas K, etc. o además existe el programa Boole-Deusto, a este programa solo hay que ingresar la tabla de verdad correspondiente y el programa hace el resto, El programa se realiza en OPAL, este hace la decodificación: Página 2

3 OSCAR GREGORIO PEREZ MACIAS CODIFICADOR PARA CALCULADORA CHIP CODIFICADOR GAL16V8 A B C D E F G H I GND 11 K L M N VCC EQUATIONS K= (A*/B*/C*/D*/E*/F*/G*/H*/I) + (/A*B*/C*/D*/E*/F*/G*/H*/I) L=(/A*/B*C*/D*/E*/F*/G*/H*/I)+(/A*/B*/C*D*/E*/F*/G*/H*/I)+(/A*/B*/C*/D*E*/F*/G*/ H*/I)+ (/A*/B*/C*/D*/E*F*/G*/H*/I) M=(/A*/B*C*/D*/E*/F*/G*/H*/I)+(/A*/B*/C*D*/E*/F*/G*/H*/I)+ (/A*/B*/C*/D*/E*/F*G*/H*/I)+ (/A*/B*/C*/D*/E*/F*/G*H*/I) N=(A*/B*/C*/D*/E*/F*/G*/H*/I)+(/A*/B*C*/D*/E*/F*/G*/H*/I)+(/A*/B*/C*/D*E*/F*/G*/ H*/I)+ (/A*/B*/C*/D*/E*/F*G*/H*/I)+ (/A*/B*/C*/D*/E*/F*/G*/H*I) Figura 3 74LS74 Figura 4. Display 7 segmentos Figura 5 Microprocesador 16f877a DECODIFICADOR 74LS74 Al transformarse la señal en formal binaria esta tiene dos destinos. El primero es un decodificador 74ls47 (figura 3), este circuito convierte la señal binaria en una representación a 7 segmentos, para exponer el número en un display de 7 segmentos (figura 4). El segundo destino es el microprocesador 16f877a (figura 5). ARREGLO DE RELEVADORES Figura 6 Arreglo de relevadores Página 3

4 Para que en el microprocesador las operaciones aritméticas no se mezclan y baja a crear problemas, hay que realizar un arreglo con relevadores para asegurar que se va a realizar una operación aritmética. Figura 7 Reley El arreglo de relevadores funciona de la siguiente manera (figura 6): Al seleccionar una de las operaciones entra un relevador que al energizar sus contactos normalmente cerrados (N.C.) pasan a contactos normalmente abiertos (N.A.) y viceversa, como es un pulso el que alimenta al relevador se pone un N.A. debajo del pulsador, así se garantiza que el relevador siempre va a estar energizado. Y los N.C. que se ponen antes de los otros relevadores las otras operaciones no van a entrar. La figura 7 es una representación en el Software Proteus del circuito final, para funcionar hay que ingresar al Gal16v8 y al microprocesador los programas correspondientes a cada uno, además agregar el arreglo de relevadores y los teclados matriciales. RESULTADOS En los diseños de electrónica llevar automatización y proporciona mayor seguridad y eficiencia a los proyectos. Los programas a comprender los diseños pero hay que tener cuidado ya que esa sencillez, hace caer en errores que el programa no detecta. El Gal16v8 es un circuito integrado que se sustiye por microprocesadores ya que estos su tecnología es mas nueva y confiables. Además con la utilización de más microprocesadores ya no es necesario el arreglo de relevadores, porque cuenta con los teclados matriciales (como el de una computadora) que selecciona las operaciones directamente desde el teclado, y por consecuencia sumar más de 2 bits en una misma operación. Página 4

5 Fig. 8 Circuito de la calculadora en Proteus o: BIBLIOGRAFIA Clase de automatización Clase de sistemas digitales y laboratorio de sistemas digitales 1, 2 y 3 Página 5

6 CARACTERISTICAS MICROPROCESADOR PIC16f877 En la tabla se observan las características más relevantes del dispositivo CARACTERÍSTICAS 16F877 Frecuencia máxima Memoria de programa flash palabra de 14 bits 8KB Posiciones RAM de datos 368 Posiciones EEPROM de datos 256 Puertos E/S Número de pines 40 Interrupciones 14 Timers 3 Módulos CCP 2 Comunicaciones Serie Comunicaciones paralelo Líneas de entrada de CAD de 10 bits 8 Juego de instrucciones Longitud de la instrucción Arquitectura CPU Canales Pwm 2 Pila Harware - Ejecución En 1 Ciclo Máquina - DX-20MHz A,B,C,D,E MSSP, USART PSP 35 Instrucciones 14 bits Harvard Risc Dispositivos periféricos: Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede incrementarse en modo sleep de forma externa por un cristal/clock. Timer2: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler y postescaler. Dos módulos de Captura, Comparación, PWM (Modulación de Anchura de Impulsos). Conversor A/D de 1 0 bits. Puerto Serie Síncrono Master (MSSP) con SPI e I 2 C (Master/Slave). USART/SCI (Universal Syncheronus Asynchronous Receiver Transmitter) con 9 bit. Puerta Paralela Esclava (PSP) solo en encapsulados con 40 pine Página 6

7 TEMA..PAG. 1.- RESUMEN 1 2.-ANTECEDENTES IMPLEMENTACION PROGRAMA DEL GAL16V DECODIFICADOR 74LS MICROPROCESADOR PIC16f877a ARREGLO DE RELEVADORES RESULTADOS BIBLIOGRAFIA APENDICES.. 6 Apéndice; PROGRAMA MICROPROCESADOR PIC16f877a El microprocesador lleva a cabo las operaciones aritméticas, para realizar las operaciones hay que ingresar un programa al microprocesador. Después de realizar las operaciones aritméticas, el resultado que el microprocesador en forma binaria es decodificado. Al decodificarse la señal se expone en displays y este dato es resultado final. list p=16f877a radix hex include cblock NUM1 NUM2 RESULTADO DEC2 DEC1 CUENTA endc "p16f877a.inc" 0x20 #DEFINE SUMA PORTA,0 #DEFINE RESTA PORTA,1 #DEFINE MULTIP PORTA,2 org 0x00 goto CONF CONF bsf STATUS,RP0 ;cambiar al banco 1 movlw 0x06 movwf ADCON1 movlw 0xFF movwf TRISA clrf TRISC clrf TRISD bcf STATUS,RP0 ;volver al banco 0 clrf TRISC clrf TRISD LIMPIA_VARIABLES clrf NUM1 clrf NUM2 clrf RESULTADO clrf DEC2 Página 7

8 clrf DEC1 clrf CUENTA LEER_NUMEROS movf PORTB,w andlw 0x0F swapf PORTB,w andlw 0x0F movwf NUM2 CHECA_OPERACION btfsc SUMA goto ADICION btfsc RESTA goto SUSTRACCION btfsc MULTIP goto MULTIPLICACION goto LEER_NUMEROS ADICION movf NUM1,w addwf NUM2,w movwf RESULTADO goto DECODIFICA SUSTRACCION movf NUM2,w subwf NUM1,w movwf RESULTADO goto DECODIFICA MULTIPLICACION movf NUM2,w movwf CUENTA decf CUENTA,f movf NUM1,w CICLOM addwf NUM1,w decfsz CUENTA,f goto CICLOM movwf RESULTADO goto DECODIFICA DECODIFICA movlw 0x0A CICLOD1 subwf RESULTADO,f btfss STATUS,C goto $+3 incf DEC2 goto CICLOD1 movf DEC2,w movwf PORTC movlw 0x0A addwf RESULTADO,w movwf DEC1 movwf PORTD goto LIMPIA_VARIABLES end Página 8