Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Guía de Prácticas de Laboratorio. Materia: Diseño Digital. Laboratorio de Ingeniería Electrónica

Transcripción

1 Instituto Tecnológico de Querétaro Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Guía de Prácticas de Laboratorio Materia: Diseño Digital Laboratorio de Ingeniería Electrónica Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2012 Elaboró Ing. Juan Felipe Benítez Hernández Editora Anayeli Sánchez Montoya Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro, CP Tel: ext. 4418

2 CONTENIDO PRÁCTICA No.1 IMPLEMENTACIÓN DE UNA FUNCIÓN CON COMPUERTAS BÁSICAS OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 5 PRÁCTICA No.2 FUNCIONES DIGITALES CON ESTADOS IRRELEVANTES OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 7 PRÁCTICA No.3 CONSTRUCCIÓN DE UN TABLERO PARA SISTEMAS DIGITALES OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 8 PRÁCTICA No.4 IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO DIGITAL UTILIZANDO ARREGLOS LÓGICOS OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.5 CONTROL DE UN MOTOR DE C.D. CON UN CIRCUITO DIGITAL... 12

3 1. OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.6 DISEÑO DE UNA ALARMA UTILIZANDO UN SCR OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.7 CONTROL DE UN MOTOR DE 120 V.A.C. CON UN CIRCUITO DIGITAL. 1. OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.8 CONTADOR DE DOS DÍGITOS CON DISPLAYS DE CÁTODO COMÚN OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.9 CONTADOR DE 0 A 99 CON DISPLAY DE ÁNODO COMÚN OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA Página 3 de 26

4 PRÁCTICA No.10 CONTADOR DE TRES DÍGITOS CON MULTIPLEXADO OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.11 DISEÑO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES CON MULTIPLEXORES 1. OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.12 DISEÑO DE UN CONTADOR CON FLIP-FLOPS OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA Página 4 de 26

5 PRÁCTICA No. 1 PRÁCTICA No.1. IMPLEMENTACIÓN DE UNA FUNCIÓN CON COMPUERTAS BÁSICAS No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Aprender la implementación de una función con compuertas básicas 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Realice lo que se le pide a continuación Identifique las principales partes del tablero para sistemas digitales y aprenda su uso Compruebe en el tablero, la tabla de verdad de las compuertas básicas: Not 7404, And 7408 y Or Construya una tabla de verdad para un circuito digital de cuatro variables de entrada (A, B, C, D) y una salida f, la cual debe ser uno, cuando en las entradas del circuito esté presente el número 1 o cualquier número primo del 0 al Obtenga la función suma de productos en forma canónica, de la tabla de verdad del punto Utilizando un mapa K, obtenga la función mínima expresada como suma de productos. Página 5 de 26

6 PRÁCTICA No Construya el circuito para la función mínima utilizando compuertas: 7404, 7408 y Compruebe que el circuito que armó cumple con su tabla de verdad. Página 6 de 26

7 PRÁCTICA No. 2 PRÁCTICA No.2. FUNCIONES DIGITALES CON ESTADOS IRRELEVANTES No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Comprender las funciones digitales con estados irrelevantes 2. INTRODUCCIÓN Un circuito digital tiene cuatro entradas A, B, C, D y una salida f, la cual debe ser uno cuando dos o más de sus entradas estén en uno. Las combinaciones de entrada para los números del 10 al 15 nunca ocurrirán. 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Realice la tabla de verdad para este circuito Obtenga la función mínima expresada como suma de productos Construya el circuito para la función mínima, empleando los CI: 7404, 7408 y Observe el comportamiento de los estados irrelevantes y realice un breve resumen del mismo. Página 7 de 26

8 PRÁCTICA No. 3 PRÁCTICA No.3. CONSTRUCCIÓN DE UN TABLERO PARA SISTEMAS DIGITALES No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Construir un tablero para sistemas digitales 2. INTRODUCCIÓN Las salidas A0 hasta A7, las entradas f0 hasta f7, el potenciómetro de 100k, los interruptores S0 a S7, la salida del oscilador de 1 a 15 Hz, la salida del oscilador de 70 khz. Así como dos terminales conectados uno a tierra y el otro a Vcc de la fuente de 5V deben quedar accesibles al usuario. Todas las resistencias a ½ W 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Obtenga una lista de materiales de todos los circuitos de la Fig Construya los circuitos de la Fig. 3.2 dentro de un gabinete. El C.I debe estar adecuadamente disipado de acuerdo a las condiciones en que esté funcionando. Página 8 de 26

9 + + + INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO PRÁCTICA No Diagramas o dibujo Fuente de Alimentación 120 V A.C. 1A. 250V. 12V.A.C. 2 A. Con derivación central D1 D2 e 2200µF 16 V. µa 7805 D1, D2, = 1N4002 o equivalente c s 0.10µF 50 V. Vcc 5V. Oscilador de 1 a 15 Hz. 2.2 K Vcc = 5V. Oscilador de 70 Khz. 1/2 de 74LS µa µfd. 50 V µfd/50V. Vcc = 5V K Sal 70 Khz µfd 16 V. Sal 1 a 15 Hz Salidas de dos variables sin rebotes Salidas de 6 variables con rebotes Vcc = 5V Vcc = 5V Vcc = 5V + 5V LS00 sal A sal A1 12 1k 1k 1k sal A2 sal A3 sal A4 Vcc = 5V Vcc = 5V Vcc = 5V k sal A5 1k sal A6 1k sal A7 Fig. 3.1 Página 9 de 26

10 PRÁCTICA No. 3 8 Indicadores de estados lógicos con diodos de dos colores f0 f1 f2 f3 R R R R V V Vcc = 5V 14 7 V 74LS04 V f4 f5 f6 f7 R R R R V V V V Fig. 3.2 Página 10 de 26

11 PRÁCTICA No. 4 PRÁCTICA No.4. IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO DIGITAL UTILIZANDO ARREGLOS LÓGICOS No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Implementar un circuito digital utilizando arreglos lógicos 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Obtenga la función mínima S de P de la siguiente función: f(a3a2a1a0) = m (0, 2, 4, 5, 6, 8, 10, 13) Construya el circuito de la función mínima utilizando un Arreglo lógico. Se sugiere el C.I. 74LS54 o equivalente para construir su circuito (consultar manuales) Conecte a la salida del circuito digital un LED bicolor como indicador de estados lógicos. (No utilice los LED s del tablero). Compruebe que su circuito cumple con la tabla de verdad. Página 11 de 26

12 PRÁCTICA No. 5 PRÁCTICA No.5. CONTROL DE UN MOTOR DE C.D. CON UN CIRCUITO DIGITAL No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Conocer el funcionamiento de un control de motor de CD con un circuito digital 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Construya el circuito para la función f = A B + ABC Conecte la salida del circuito digital a la base del transistor TIP 41 como se muestra en la Fig Obtenga la tabla de verdad de la función y compruebe que se cumpla Mida el VCE en el transistor TIP 41 con el motor encendido y luego apagado escriba sus valores en la Fig Conecte la salida de la función del paso 1 al circuito que se muestra en la Fig Compruebe que se cumple la tabla de verdad con el circuito de la Fig Mida el VCE en los transistores BC 547 y TIP 41 con el motor encendido y luego apagado escriba sus valores en la figura 5.2. En qué región están funcionando los transistores?. Página 12 de 26

13 PRÁCTICA No Explique brevemente el funcionamiento de los circuitos de las Fig. 5.1 y 5.2. Mencione también sus diferencias. 5.2 Diagramas o dibujo Vcc = 5V Motor de 12V (auto-estereo) 12V 1N4007 sistema digital TIP BC 547 C B E TIP 41 B C E Fig. 5.1 Control de motores de C.D. con un circuito digital Vcc = 5V Vcc = 12V Vcc = 5V 1 4N28 5 motor 12 V cd 1N Cto. Digital BC547 TIP41 Fig. 5.2 Control de motores de C.D. con un circuito digital aislado ópticamente. 5.3 Tablas Página 13 de 26

14 5.4 Precauciones y/o Notas INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO PRÁCTICA No. 5 Nota: Como sustituto del C.I. 4N28 puede utilizar: 4N25, 4N25A, 4N26, 4N27. Página 14 de 26

15 PRÁCTICA No. 6 PRÁCTICA No.6. DISEÑO DE UNA ALARMA UTILIZANDO UN SCR. No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Aprender el diseño de una alarma utilizando un SCR 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñe un circuito digital para proteger las cuatro puertas de un automóvil (Dos de acceso, cajuela y motor), de tal forma que cuando una o más de sus puertas sean abiertas, funcione una alarma, la cual una vez activada no deje de funcionar aun cuando la o las puertas abiertas sean cerradas Al circuito digital que diseñó en el inciso 1 conecte el circuito de la Fig. 6.1 (5.2) Mida el voltaje de ánodo a cátodo en el SCR con el motor encendido y luego apagado en la Fig. 6.1, escriba sus valores en la misma figura Al circuito digital que diseñó en el inciso 1 conecte el circuito de la Fig. 6.2 (5.2) Mida el voltaje de ánodo a cátodo en el SCR con el motor encendido y luego apagado en la Fig. 6.2, escriba sus valores en la misma figura Explique brevemente el funcionamiento de los circuitos de las Fig. 6.1 y 6.2 Página 15 de 26

16 PRÁCTICA No Diagramas o dibujo Vcc = 5V Cto. Digital Vcc = 12V 12V 0.6 A 2N6396 ó 2N9397 2N 6397 K A G Vcc = 5V Cto. Digital Vcc = 5V BC547 Vcc = 12V 12V 0.6 A 2N6397 Fig. 6.1 SCR activado directamente Fig. 6.2 SCR activado por un transistor Página 16 de 26

17 PRÁCTICA No. 7 PRÁCTICA No.7. CONTROL DE UN MOTOR DE 120 V.A.C. CON UN CIRCUITO DIGITAL. No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Aprender sobre el control de un motor de 120 V.A.C. con un circuito digital 2. INTRODUCCIÓN Un sistema digital de tres variables de entrada (A, B y C) debe controlar un motor de 120 VAC. El cual tiene que arrancar cuando dos o más variables de entrada del circuito digital sean cero. 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Obtenga la función mínima S. de P. y construya su circuito Conecte la salida del sistema digital al circuito de potencia que se muestra en la Fig. 7.1 Utilice el TRIAC SC 141 o equivalente Mida el voltaje entre MT1 y MT2 con el motor encendido y luego apagado. Escriba sus valores en la Fig Explique brevemente el funcionamiento del circuito de la Fig Página 17 de 26

18 5.2 Diagramas o dibujos INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO PRÁCTICA No. 7 Vcc = 5V Cto. Digital Vcc = 5V 1 2 BC 547 MOC3011 MOC3030 MOC SC141 G MT2 MT1 MT1 SC 141 MT2 G 0.01uF 400 V. TIC226D 120 V AC motor de 120 V AC Todas la resistencias a 1/2 W Fig. 7.1 Control de un motor de A.C. aislado por un opto-acoplador. Página 18 de 26

19 PRÁCTICA No. 8 PRÁCTICA No.8. CONTADOR DE DOS DÍGITOS CON DISPLAYS DE CÁTODO COMÚN No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Conocer el controlador de dos dígitos con displays de cátodo común 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Obtenga el diagrama de conexiones para los displays de cátodo común que va a utilizar en la realización de esta práctica Arme el circuito que se muestra en la Fig. 8.1, conecte las salidas del contador de unidades a los LED's del tablero para ver la cuenta en el código B C D Utilice un oscilador de onda cuadrada de 1 a 10 Hz. Para introducir los pulsos al contador. Se recomienda el uso de los osciladores del tablero Conecte la entrada del contador, a la salida de una variable simulada por el tablero, suba y baje su interruptor respectivo lentamente en varias ocasiones. Observe en qué circunstancia el contador incrementa su cuenta. Explique brevemente este comportamiento. Puede utilizar también el CI en lugar del 7490, realizan la misma función, consultar el manual correspondiente. Página 19 de 26

20 PRÁCTICA No Diagramas o dibujo DECENAS a UNIDADES a f b f b e g c e g c 5V a 13 b 12 c d d e D C B A f g 1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 a b c d e f g V D C d D C B 8 8 A D C B A 5V B A 1 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 5V LED'S del Tablero R1 a R14 1/2W Fig. 8.1 Contador de dos dígitos con displays de cátodo común Página 20 de 26

21 PRÁCTICA No. 9 PRÁCTICA No.9. CONTADOR DE 0 A 99 CON DISPLAY DE ÁNODO COMÚN. No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Aprender y conocer el contador de 0 a 99 con displays de ánodo común 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Obtenga el diagrama de conexiones de los displays (ánodo común) que va a utilizar en la realización de esta práctica y arme el circuito de la Fig. 9.1 Diseñe un circuito digital que active una alarma, la cual deberá empezar a funcionar cuando el contador detecte el número 84 y debe permanecer funcionando hasta el número 89. Conecte este circuito como se muestra en la Fig Página 21 de 26

22 PRÁCTICA No Diagramas o dibujo DECENAS a UNIDADES a f b f b 5V e g c 5V e g c d d R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R10 R12 R14 R9 R11 R13 16 a b c d e f g a 13 b 12 c d e f g V V D C B A D C B A D C B A 8 D C B A V D 2 3 C B 7 A V Ent. R1 a R14 1/2W D C B A Fig. 9.1 Contador de dos dígitos con display de ánodo común. Página 22 de 26

23 PRÁCTICA No. 10 PRÁCTICA No.10. CONTADOR DE TRES DÍGITOS CON MULTIPLEXADO No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Conocer y aprender del contador de tres dígitos con multiplexado 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Arme el circuito que se muestra en la Fig (5.2) Investigue las características del C.I. MC14553 en internet o en el manual correspondiente Realice un resumen del funcionamiento del C.I. MC14553 y mencione la función que realizan las terminales 4, 10 y 13 Página 23 de 26

24 PRÁCTICA No Diagramas o dibujo MSB LSB e todas y a 1/2 W f a g d b c a b c d e f g f e a g d b c a b c d e f g f e a g d b c a b c d e f g Decodificador BCD a 7 segmentos V LSB D C A B +5V MSB MC MSB LSB V 4 11 oscilador multiplexado SW SW MR master reset SW latch entrada de pulsos 14 SC over flow Fig Contador de tres dígitos con sistema de multiplexado Página 24 de 26

25 PRÁCTICA No. 11 PRÁCTICA No.11. DISEÑO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES CON MULTIPLEXORES No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Conocer el diseño de circuitos combi nacionales con multiplexores 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Utilizando multiplexores de tres líneas de selección (74151) diseñe el circuito para la siguiente función. f(a,b,c,d,e) = m(1,2,4,7,8,11,13,14,16,19,21,22,25,26,28,31) Utilizando un decodificador 2 a 4 (74LS139) y multiplexores de dos líneas de selección (74153) diseñe un circuito para la función del punto Obtenga la función del punto 1 y exprésela como S de P. Página 25 de 26

26 PRÁCTICA No. 12 PRÁCTICA No.12. DISEÑO DE UN CONTADOR CON FLIP- FLOPS No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1. OBJETIVO Conocer el diseño de un contador con flip-flops 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 5. METODOLOGÍA 5.1Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñe un contador regresivo con FF JK, que inicie su cuenta en el número binario 1010 y descienda hasta el número binario Construya su circuito utilizando circuitos integrados 7476 o equivalentes. Conecte todas las terminales de borrado (clear) a un simulador de variables Conecte todas las terminales de fijar (PRESET) a un simulador de variables Página 26 de 26