GUIA DE COMPONENTE PRACTICO Con el propósito de fomentar el desarrollo de habilidades en el diseño e implementación física de circuitos digitales, se ha diseñado un componente práctico que será desarrollado in-situ (en el laboratorio del CEAD) de forma colaborativa para los cursos de Sistemas Digitales Básicos, sistemas Digitales Secuenciales y Electrónica Digital. Objetivo General: Diseñar una mini-calculadora capaz de desarrollar dos operaciones matemáticas (suma y resta) utilizando componentes digitales combinacionales y secuenciales. El diseño se irá desarrollando gradualmente durante las cuatro sesiones de laboratorio. TIPO DE PRACTICA: Presencial. Horas de Practica: 12 Horas, (4 Sesiones). Grupos de trabajo: Trabajo en equipo Máximo 3 personas. Informe o producto a entregar: El grupo colaborativo debe elegir un/a líder, que se encargará de consolidar el producto final. Una vez concluida las 4 sesiones del trabajo, el grupo colaborativo debe tener presente el siguiente proceso para la entrega del documento final de la actividad. Especificaciones del documento Final del Trabajo. Portada: con los participantes que contribuyeron al trabajo y sus respectivos números de identificación personal. Introducción. Objetivos. Contenido del informe que incluye el desarrollo de las cuatro fases del trabajo con las tablas de verdad, las ecuaciones y los análisis realizados por el grupo para resolver los problemas planteados. Conclusiones sobre lo aprendido basadas en los objetivos. Enlace del video del montaje físico y simulación no superior a 90 segundos Referencias Bibliográficas, formato APA. No olvide convertir su archivo en formato.pdf. El tamaño del archivo no debe superar 2Mb.
SESIÓN N. 1. DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA En esta sesión de práctica el grupo colaborativo deberá diseñar un sumador binario de dos números de 4 bits a partir de un sumador medio y 3 sumadores completos. Procedimiento: 1. Diseñar un sumador medio. Este sumador tiene dos entradas A y B, y dos salidas S (suma) y Cout (acarreo de salida). La figura 1 muestra un diagrama de un contador medio. Figura 1: Sumador medio Tabla de verdad basados en las variables a utilizar. Mapas de Karnaugh en donde se detalle la simplificación de las funciones de las dos salidas (S y Cout). Ecuación booleana resultante para cada una de las dos salidas. Pantallazo del diagrama del sumador medio que se diseño en el simulador. 2. Diseñar un sumador completo. Este sumador suma tres entradas de un bit A, B y Cin y tiene dos salidas S y Cout. La figura 2 muestra un circuito de un sumador completo. Figura 2: Sumador Completo
Tabla de verdad para cada una de las variables de las dos salidas. Mapas de Karnaugh en donde se observe la simplificación de las funciones booleanas de las dos salidas (S y Cout). Ecuación booleana resultante para cada una de las salidas. Pantallazo del diagrama o circuito que se diseñó en cualquier simulador. 3. Diseñar un sumador de cuatro bits a partir de 1 sumador medio y 3 sumadores completos. Diagrama de bloques del diseño. Lista de materiales para la implementación física del sumador de cuatro bits. IMPORTANTE: El sumador de cuatro bits diseñado en esta sesión será implementado en protoboard en la siguiente sesión (Ver sesión 2), por lo tanto el grupo colaborativo deberá comprar estos materiales y traerlos para la siguiente sesión. FORMA DE TRABAJO Trabajo en equipo Máximo 3 personas.
SESIÓN N. 2. DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA El grupo colaborativo deberá implementar en protoboard el sumador diseñado en la sesión anterior. Adicionalmente se deberá realizar el diseño de un decodificador BCD a 7 segmentos. Este diseño se utilizará para visualizar en dos dispalys 7 segmentos la salida del sumador. Procedimiento: 1. Implementar en un protoboard el sumador realizado en la sesión anterior, utilizando los circuitos integrados digitales combinacionales apropiados, interruptores (usados como entradas del sumador) y 5 leds para la salida del sumador. La figura 3 muestra un bosquejo de la implementación, tenga en cuenta que esta figura es sólo un bosquejo, es decir, su implementación seguramente será diferente a la que aparece aquí.. Figura 3: Modelo del montaje 2. Diseñar decodificador BCD a 7 segmentos. Este circuito recibe un número en BCD (Decimal Codificado en Binario), es decir, un número de 0-9 y decodifica los 7 segmentos para mostrar el decimal en un display de 7 segmentos. La figura 4 muestra tanto el decodificador (Módulo azul de la izquierda) como el display 7 segmentos. Tenga en cuenta que en esta sesión usted debe diseñar el decodificador.
Figura 4: Decodificador BCD a 7 segmentos y Display 7 segmentos. El diseño del decodificador BCD a 7 segmentos debe contener: Tabla de verdad para cada una de las 7 salidas del decodificador (a, b, c, d, e, f y g). Mapas de Karnaugh en donde se observe la simplificación de las 7 salidas (a, b, c, d, e, f y g). Ecuaciones booleanas resultantes para cada segmento (a, b, c, d, e, f y g). IMPORTANTE: El decodificador y los dos displays 7 segmentos serán implementados en un protoboard en la siguiente sesión (Ver sesión 3), por lo tanto el grupo colaborativo deberá listar y comprar los materiales necesarios (circuitos integrados y displays 7 segmentos) y traerlos para la siguiente sesión. FORMA DE TRABAJO Trabajo en equipo Máximo 3 personas.
SESIÓN N. 3. DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA El grupo colaborativo implementará en un protoboard el sumador, el decodificador y los display 7 segmentos del diseño de la sección anterior. Adicionalmente se deberá diseñar un sumador/restador binario. El sumador/restador se debe diseñar utilizando el concepto de complemento a 2 y teniendo como punto de partida el sumador diseñado en la sesión 1. Procedimiento: 1. Adicionar al sumador diseñado en las sesión 1 y 2 el decodificador y los dos displays 7 segmentos. El diseño se debe realizar utilizando los Circuitos integrados apropiados, interruptores (para la entradas del sumador) y dos displays de 7 segmentos (Ver figura 5).. Figura 5: Implementación en el protoboard (este un bosquejo aproximado). Importante: Tenga en cuenta que se requiere adicionar DOS displays de 7 segmentos, en ese caso, debe tener dos Decodificadores BCD a 7 segmentos 2. Diseñar un sumador/restador de dos números de cuatro bits. El diseño debe estar basado en el concepto de complemento a la base y debe utilizar como punto de partida el sumador diseñado en la sesión anterior. Diagrama de bloques del diseño. Lista de materiales para la implementación física del sumador de cuatro bits.
IMPORTANTE: El sumador/restador de cuatro bits diseñado en esta sesión será implementado en protoboard en la siguiente sesión (Ver sesión 4), por lo tanto el grupo colaborativo deberá comprar estos materiales y traerlos para la siguiente sesión. Tenga en cuenta que la mayoría de los elementos ya han sido adquiridos en las sesiones anteriores. FORMA DE TRABAJO Trabajo en equipo Máximo 3 personas.
SESIÓN N. 4. DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA En esta sesión de práctica el grupo colaborativo terminará la implementación de la minicalculadora, basados en los procesos y procedimientos realizados en las sesiones anteriores. Procedimiento: 1. Implementar en un protoboard el diseño de la sesión anterior utilizando los Circuitos integrados apropiados, interruptores para la entradas del sumador y para el seleccionador de suma o resta. Finalmente debe contener los dos displays de 7 segmentos (Ver figura 6).. Figura 6: Implementación en el protoboard (este un bosquejo aproximado) Evidencias fotográficas de los diseños realizados. Evidencias de los diseños usados e implementados en los programas de simulación. Video de funcionamiento de la minicalculadora, constatando como mínimo cinco operaciones.
IMPORTANTE: El sumador de cuatro bits diseñado en esta sesión será implementado en protoboard en la siguiente sesión (Ver sesión 2), por lo tanto el grupo colaborativo deberá comprar estos materiales y traerlos para la siguiente sesión. NOTA: En los informes de laboratorio deben aparecer solo aquellos estudiantes que participaron en el diseño, implementación y desarrollo de cada una de las sesiones de componente práctico. FORMA DE TRABAJO Trabajo en equipo Máximo 3 personas.