TALLER DE DISEÑO DE LÓGICA COMBINACIONAL Y SECUENCIAL ELECTRÓNICA DIGITAL Y MICROCONTROLADORES 2010-II

Transcripción

1 TALLE DE DIEÑO DE LÓGICA COMBINACIONAL Y ECUENCIAL ELECTÓNICA DIGITAL Y MICOCONTOLADOE 00-II. Diseñar un restador completo de un bit.. Diseñar un restador de cuatro bits empleando cuatro restadores de un bit.. Diseñar un circuito que calcule el complemento a dos de un número de cuatro bits.. Diseñar un multiplicador de un bit completo.. Diseñar un multiplicador de cuatro bits empleando multiplicadores de un bit. 6. Diseñar una calculadora digital que sume y reste dos números de dos bits. 7. e tiene una matriz de leds de 0x0 en el cual se mostraran figuras geométricas, dependiendo de un número de entrada determinado. Las figuras geométricas aparecen de acuerdo a las siguientes condiciones: a. i el número de entrada es 0 o se mostrará en la matriz dos cuadrados concéntricos. b. i el número de entrada es o se mostrará un triángulo. c. i el número es o se mostrará un círculo. d. i el número es 6 o 7 se mostrará una estrella. 8. Diseñar un conversor de binario a hexadecimal, mostrando el valor hexadecimal en un display de siete segmentos. 9. Utilizar un multiplexor de entradas para generar la siguiente función lógica: Y=ĀB+AB. 0. e necesita diseñar un equipo biomédico para controlar la cantidad de mililitros de un medicamento que se le aplican a un paciente por vía intravenosa. En este momento usted necesita diseñar el bloque correspondiente a la entrada de información por medio de un teclado numérico, el cual presenta 0 salidas, una de las cuales se activa en alto cuando se oprime la tecla correspondiente, esta información debe convertirse a un valor en BCD por cada tecla presente. Diseñe un sistema digital que capture la información del teclado y la convierta en BCD. El gráfico siguiente resume el problema.. Usted ha sido contratado por un hospital de primera categoría, para diseñar un sistema de monitoreo de un quirófano, que posee tres elementos principales: A. Un respirador artificial. B. Monitor de signos vitales C. Electrobisturí

2 Cada uno de estos instrumentos posee un detector de fallo, que da una señal alta en el momento en el que éste evento se produce. Usted debe diseñar un instrumento de alarma para tres estados diferentes que le indique al personal médico el momento en que se produzca una de las siguientes eventualidades: I. fallo en A o en B, alerta roja II. fallo en C, alerta amarilla III. fallo en B y en C, alerta naranja IV. fallo en A, B y C, alerta roja V. fallo en A y en C, alerta roja. En horas pico se viene presentando un problema en el parqueadero de la EIA; en ocasiones algunas personas entran buscando un lugar para parquearse y no lo encuentran, por tanto, tienen que salir nuevamente de la escuela con la consecuencia de perder tiempo en su llegada clase. e requiere diseñar un sistema digital que presente un sensor en cada una de los puntos disponibles para el parqueo, de forma tal, que dé una señal cuando se encuentra ocupado y que adicionalmente sirva para incrementar un contador que le indicará al portero la cantidad de carros en el parqueadero y la cantidad de espacios vacíos o disponibles.. No existe en este momento un sistema que me permita determinar la cantidad de aulas que están ocupadas en un determinado momento en la escuela, pot tanto, cuando que se requiere la utilización de una aula se tiene que verificar su disponibilidad caminando hasta ella. Diseñar un sistema digital que permita saber a ciencia cierta la cantidad de aulas que están ocupadas, desocupadas y en qué lugar se encuentran. Toda la información de cada uno de los pisos debe concentrarse en un punto en la sala del CAI de la EIA.. Dibuje el diagrama de tiempos característico para 0, y en el circuito que se muestra a continuación e indique la función del circuito. U:A ~CL U:A 7AL 7AL0 U:A U:B U:A AL09 7AL09 7AL09 0 ~CL 0

3 . Diseñar un contador de 0-9 empleando CI s, además diseñar un contador de eventos que me indique cuando el contador principal ha dado tres vueltas completas y que en ese momento bloquee el sistema de reloj que alimenta el contador principal. 6. Diseñar un secuenciador seudoaleatorio que repita la siguiente secuencia (,,, 6,, 7,...) y que me indique el momento en que pasó por siete o por cinco por medio de una señal luminosa. 7. Existe un tipo especial de compuerta llamado TI-TATE el cual, existe en múltiples variedades. Los dispositivos con ENABLE son un caso de éstos. A continuación aparece como ejemplo la gráfica de un BUFFE TI-TATE. ENABLE A Z En este caso es un buffer o seguidor como cualquiera, solo que para poder trabajar como tal tiene que estar activado el ENABLE. Existen compuertas TI-ATE para casi todas las referencias. Diseñar un contador de 0 a 99 empleando contadores CI s en BCD, pero que trabajen de manera síncrona, es decir, que el pulso de las decenas no provenga de las unidades sino que el reloj llegue de forma sincronizada a unidades y decenas. Emplee para lograr su objetivo compuertas TI-TATE. 8. En un centro de investigación de procesos cognitivos se está intentando entrenar a un macaco para que realice de manera secuencial tres actividades conducentes a ubicar una banana en un lugar de la pantalla de un PC, para lo cual debe manipular cuatro botones de colores que le han colocado a su alcance. Cuando el macaco entra la secuencia correcta de tres botones, se le entrega una banana real, sino entra la secuencia correcta no recibe recompensa. Ud. debe diseñar todo el sistema para que funcione de manera automática. 9. e pretende colocar en uno de los pasillos de la Escuela una máquina expendedora de chocolates en variedades (precios diferentes). Esta máquina acepta monedas de $00, $00 y $00. Diseñar un sistema digital que controle el funcionamiento de la máquina desde el momento en que se selecciona el chocolate a comprar hasta que se entrega el mismo. 0. Un centro de investigaciones está desarrollando un proyecto sobre el equilibrio humano. Para realizar la experimentación con los pacientes se diseñó una plataforma, sobre la que éstos se acuestan, que se inclina horizontalmente hacia arriba y hacia abajo en los grados siguientes: -,-,-,-, 0,,,,, en donde el grado 0 indica que la plataforma está en posición horizontal, sin inclinación hacia algún lado, como se muestra en la figura Para medir el grado de inclinación se cuenta con un sensor que entrega un número binario entre 0 y 8, donde representa el estado de posición horizontal, sin inclinaciones.

4 Adicionalmente la plataforma cuenta con un sensor de peso que entrega un número en BCD ( dígitos) hasta un máximo de 99 g. Existe un display que en todo momento muestra de manera alternada el peso del paciente y el grado de inclinación de la plataforma. El examen realizado al paciente consiste en una secuencia de giros hacia arriba y hacia abajo, previamente programada y en la evaluación de las respuestas de un test realizado luego de la sesión. La secuencia programada para los giros de la plataforma es: 0, -,,-,-,..-,, 0. Usted fue contratado por este centro de investigación para desarrollar el sistema de control de la plataforma. Para ello diseñe las etapas que se enuncian a continuación: A. Plantee un diagrama de bloques inicial donde identifique las partes del sistema, indicando sus variables de entrada y salida y los posibles componentes a utilizar en cada una. B. Diseñe un circuito electrónico que tome el número binario entregado por el sensor de inclinación (0,..8) y lo convierta a la escala adecuada (-,..,). Nota: Escoja la forma que prefiera para representar el signo negativo (-) C. Diseñe el sistema que muestra en el display, el grado de inclinación y el peso del paciente, de forma que cambie alternadamente cada cinco segundos. D. Diseñe una máquina de estados finitos para que la plataforma realice la secuencia propia del examen y que adicionalmente indique, de manera automática, por medio de una señal luminosa o auditiva cuándo inicia y cuándo termina la sesión.. Un grupo de desarrollo de instrumentos biomédicos intenta desarrollar un prototipo de caja de seguridad para almacenar tejidos biológicos trasplantables. En estos momentos se encuentran en el diseño de la chapa electrónica la cual debe cumplir con las siguientes condiciones: a. El sistema tiene un teclado especial con siete letras para introducir la clave con que se abrirá la puerta de la caja. Cuando se presiona una tecla se activa en alto una y sólo una de las líneas del teclado. Escoja siete letras diferentes de su nombre completo para colocarle al teclado; si no hay suficientes letras diferentes en su nombre ponga otras letras hasta completar las siete. b. El teclado posee, adicionalmente, un sistema que pone una variable en alto cada vez que se presiona cualquiera de las teclas. Esta variable debe ser llevada como reloj a un sistema de conteo que se explicará más adelante. c. Para que se abra la caja se debe digitar un código secreto de tres letras. eleccione el código que más le guste. d. En caso de no digitar la letra correcta en cualquier instancia, el sistema caerá a un estado de bloqueo temporal. e. Una vez en el estado de bloqueo temporal se debe digitar un código especial para salir de éste y retornar al estado inicial, dándole al usuario una nueva oportunidad de entrar la clave correcta. El código de desbloqueo consiste en presionar la última letra del teclado. f. Estando en el estado de bloqueo temporal, se le dará al usuario tres oportunidades de desbloqueo para retornar al estado inicial, si en esas tres oportunidades no se vuelve al estado inicial, el sistema entrará en un estado de bloqueo definitivo (el bloqueo definitivo consiste en impedir que la señal de reloj llegue a los Flip-Flops de la Máquina de Estados Finitos -MEF-). Este bloqueo será realizado por un sistema externo a la MEF que será habilitado en el momento de entrar al bloqueo temporal. Los tres pulsos que se contarán en el estado de bloqueo temporal provienen del sistema mencionado en el punto b. g. Cuando el sistema salga del bloqueo temporal y retorne al estado inicial el sistema entregará un mensaje de desbloqueo (activar una variable de salida en alto). h. Para sacar el sistema del estado de bloqueo definitivo se debe digitar una clave ultra secreta. La clave ultra secreta está formada por la primera y la última tecla del teclado presionadas al mismo tiempo. Cuando se presionen estas dos teclas se producirá un EET general que lleva el sistema completo a su estado inicial. i. Cuando el sistema caiga en el estado de bloqueo definitivo el sistema debe sacar un mensaje

5 anunciando esto. Esto quiere decir que ponga una variable de salida en alto. j. Para el diseño del sistema de tres oportunidades y desbloqueo, emplee los componentes electrónicos que usted crea más convenientes. Usted ha sido contratado para diseñar el sistema completo y entregar un circuito digital que lo realice, de la forma que se planteó en las condiciones. ealice el diseño por etapas, de la siguiente manera:. Plantee un diagrama de bloques inicial donde identifique las variables de entrada, variables de salida y los distintos bloques del sistema (teclado, MEF- sistema principal-, sistema de conteo de tres posibilidades y bloqueo definitivo y sistema de desbloqueo).. Para el teclado, emplee un codificador que tome las siete líneas y produzca un código de bits. Nota: deje el código 000 para representar el estado en el que no se han presionado teclas. El codificador puede ser un circuito integrado, CI, que cumpla con esta función.. Diseñe el diagrama de estados de la MEF que abra la chapa electrónica cuando se ingresa la clave correcta e incluya el estado de bloqueo temporal como un estado de la MEF.. Desarrolle las tablas de transición de estados, Mapas de arnaugh o minterns y extraiga las funciones necesarias para el diseño planteado en el punto anterior.. Dibuje un circuito digital que realice las funciones encontradas en el punto anterior. 6. Diseñe el sistema de conteo de las tres oportunidades y de bloqueo definitivo para el sistema y añádalo al circuito digital dibujado en el punto anterior. El contador puede ser un CI, tal como el que se muestra en la siguiente figura: 7. Diseñe el sistema de desbloqueo con clave ultra-secreta y añádalo al sistema completo. "Construir una nueva realidad, es un reto que debe ser enfrentado con creatividad, ingenio, trabajo, cultura un respeto profundo por la vida.".t