INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR “HUAQUILLAS” TECNOLOGIA EN REDES Y TELECOMUNICACIONES Nombres: Kenny Alexander Ramírez Reyes Informe Nº: 1 Materia: Electrónica Tema de proyecto: Sumador y Restador Docente Ing. David Herrera Fecha de entrega: 20 de agosto de 2020 Contenido Tabla de ilustraciones ....................................................................................................... 3 Resumen ........................................................................................................................... 4 Abstract ............................................................................................................................. 4 Objetivos ........................................................................................................................... 4 Objetivo generales ........................................................................................................ 4 Objetivos específicos .................................................................................................... 4 Marco teórico .................................................................................................................... 4 Proteus .......................................................................................................................... 4 Código BCD ................................................................................................................. 4 Comparador 7485 ......................................................................................................... 5 7404 .............................................................................................................................. 6 7408 .............................................................................................................................. 6 7432 .............................................................................................................................. 7 Decodificador 7447 ...................................................................................................... 8 Sumador binario 7483................................................................................................... 8 Selector 74157 .............................................................................................................. 8 Regulador 7805 ............................................................................................................. 9 Capacitor ..................................................................................................................... 10 Resistencia .................................................................................................................. 10 Led .............................................................................................................................. 11 Dip Switch 4 posiciones ............................................................................................. 11 Display 7 Segmentos .................................................................................................. 12 Procedimiento ................................................................................................................. 12 Conclusión ...................................................................................................................... 19 Recomendaciones ........................................................................................................... 19 Bibliografía ..................................................................................................................... 19 Tabla de ilustraciones Ilustración 1 Tabla BCD Fuente: Búsqueda de Google.................................................... 5 Ilustración 2 Comparador 7485 Fuente: Búsqueda de Google ......................................... 5 Ilustración 3 Tabla de verdad 7485 Fuente: Búsqueda de Google ................................... 6 Ilustración 4 Compuerta 7404 Fuente: Búsqueda de Google ........................................... 6 Ilustración 5 Compuerta 7408 .......................................................................................... 7 Ilustración 6 Compuerta 7432 Fuente: Búsqueda de Google ........................................... 7 Ilustración 7 Decodificador 7447 Fuente: Búsqueda de Google ...................................... 8 Ilustración 8 Sumador binario 7483 Fuente: Búsqueda de Google .................................. 8 Ilustración 9 Selector 74157 Fuente: Búsqueda de Google .............................................. 8 Ilustración 10 Regulador 7805 Fuente: Búsqueda de Google .......................................... 9 Ilustración 11 Capacitor Fuente: Búsqueda de Google .................................................. 10 Ilustración 12 Resistencia Fuente: Búsqueda de Google ................................................ 10 Ilustración 13 Led Fuente: Búsqueda de Google ............................................................ 11 Ilustración 14 Dip_Switch 4 ........................................................................................... 11 Ilustración 15 Display 7 Segmentos ............................................................................... 12 Ilustración 16 Proteus Resta Elaborado por: Ramírez Kenny ........................................ 12 Ilustración 17 Proteus Suma Elaborado por: Ramírez Kenny ........................................ 13 Ilustración 18 Proteus Regulador de Voltaje 5V Elaborado por: Ramírez Kenny ......... 13 Ilustración 19 Proteus Entrada de Dígitos Elaborado por: Ramírez Kenny ................... 13 Ilustración 20 Leds presentadores Elaborado por: Ramírez Kenny ............................... 14 Ilustración 21 Sumadores Elaborado por: Ramírez Kenny ............................................ 15 Ilustración 22 Selectores Elaborado por: Ramírez Kenny .............................................. 15 Ilustración 23 Comparadores Elaborado por: Ramírez Kenny ....................................... 16 Ilustración 24 Decodificadores Elaborado por: Ramírez Kenny .................................... 16 Ilustración 25 Diseño PCB Elaborado por: Ramírez Kenny .......................................... 17 Ilustración 26 Diseño 3d Elaborado por: Ramírez Kenny .............................................. 18 Resumen El sumador y restador cumple la función de presentar un resultado en un Display 7 segmentos dependiendo de la opción que se elija, los números se ingresan de manera binaria a través de 2 Dip Switch de 4 posiciones cada uno representa un número. Con este circuito se emplea lo aprendido hasta el momento. Abstract The adder and subtractor fulfills the function of presenting a result on a 7 segment display depending on the option chosen, the numbers are entered in a binary way through 2 Dip Switches with 4 positions, each representing a number. With this circuit, what has been learned so far is used. Objetivos Objetivo generales Comprender y analizar el funcionamiento de los diferentes componentes integrados en el proyecto y de la codificación BCD, además de implementar lo aprendido en clases. Objetivos específicos Crear el diseño esquemático utilizando el apoyo del software simulador Proteus Isis y verificar el diseño y funcionamiento del circuito desarrollado. Manejar un display 7 segmentos para que muestre el resultado de las operaciones. Crear el diseño PCB del circuito y el diseño 3D Marco teórico Proteus Según (José Prieto, Martín Pernía, Villegas Saiz, Martín Ramos, & Nuño García, 2018): “El programa Proteus 8, de Labcenter Electronics, permite cubrir todas las fases que van desde la idea hasta la implementación de la misma en forma de placa de circuito impreso o PCB: captura de esquema, simulación de funcionamiento y diseño de la PCB. Si bien no es la única herramienta del mercado que permite realizar estas tareas, la posibilidad de llevar a cabo simulaciones interactivas del circuito a diseñar y de incluir dispositivos microcontroladores en estas simulaciones le confieren a Proteus 8 un valor añadido del que carecen otros paquetes de programas similares”. Código BCD “El código 8421 es un tipo de código decimal binario (BCD) en el cual se puede representar dígitos decimales de 0 hasta 9. La designación 8421 indica los pesos binarios de los cuatro bits (23, 22, 21, 20). La facilidad de conversión entre los números en código BCD es la principal ventaja de este código”. (Floyd, 2006) Ilustración 1 Tabla BCD Fuente: Búsqueda de Google Comparador 7485 Un comparador es un circuito lógico que se encarga de comparar dos palabras en un código binario, diciendo si son iguales, el comparador7485, es un comparador de magnitud de 4-Bits que realiza comparación de códigos binarios rectos y códigos BCD (8-4-2-1). (Carrod Electronica , 2015) Afirma que: “Se toman tres decisiones completamente descodificadas sobre dos palabras de 4 bits (A, B) y están disponibles externamente en tres salidas. Este dispositivo es totalmente expandible a cualquier cantidad de bits sin puertas externas. Las palabras de mayor longitud se pueden comparar conectando comparadores en cascada. Las salidas A> B, A <B y A = B de una etapa que maneja bits menos significativos se conectan a las correspondientes A> B, A <B y A = B entradas de la etapa siguiente que manejan bits más significativos. La etapa que maneja los bits menos significativos debe tener un voltaje de alto nivel aplicado a la entrada A = B. Las rutas en cascada del S85 se implementan con solo un retardo de dos puertas para reducir los tiempos generales de comparación para palabras largas. Un método alternativo de conexión en cascada que reduce aún más el tiempo de comparación se muestra en los datos de aplicación típicos”. Ilustración 2 Comparador 7485 Fuente: Búsqueda de Google Ilustración 3 Tabla de verdad 7485 Fuente: Búsqueda de Google 7404 “La compuerta lógica 7404 es un inversor que realiza la operación denominada inversión o complementación. El inversor cambia un nivel lógico al nivel opuesto. En términos de bits, cambia un 1 por un 0, y un 0 por 1” (Floyd, 2006) Ilustración 4 Compuerta 7404 Fuente: Búsqueda de Google 7408 (Electronica Led Semiconductors, 2016) Dice que: “Circuito integrado TTL 74LS08. Cuatro compuertas AND de dos entradas. El 74LS08 es un cuádruple de 2 entradas de tecnología LS, Positivo-Y con cuatro compuertas independientes y de 2 entradas. El SN7408 se caracteriza por la operación catálogo. Su uso es para industria, comunicaciones y red, entrada y salida TTL”. Ilustración 5 Compuerta 7408 7432 El 74L2 es una compuerta lógica que implementa la disyunción lógica de entrada positiva con 4 compuertas OR independientes y opera en un rango de tensión de alimentación de 4.75 a 5.25V. “Cuando todas sus entradas están en 0 (cero) o en BAJA, su salida está en 0 o en BAJA, mientras que cuando al menos una o ambas entradas están en 1 o en ALTA, su SALIDA va a estar en 1 o en ALTA. En otro sentido, la función de la compuerta OR efectivamente encuentra el máximo entre dos dígitos binarios, así como la función AND encuentra el mínimo. Se puede ver claramente que la salida X solamente es “0” (0 lógico, nivel bajo) cuando la entrada A como la entrada B están en “0”. En otras palabras la salida X es igual a 0 cuando la entrada A y la entrada B son 0. Este dispositivo realiza la función booleana Y = A + B o Y = (A • B) en lógica positiva”. (Teslabem, 2020) Ilustración 6 Compuerta 7432 Fuente: Búsqueda de Google Decodificador 7447 “Los decodificadores son circuitos integrados que convierten una entrada de código binario a código BCD correspondiente para encender los segmentos de un display para que se forme el valor en decimal que responde al número binario, los display de 7 segmentos pueden ser de ánodo o cátodo común, y para cada uno corresponde el decodificador a usar, para el display de ánodo común usamos un 7447 y para uno de cátodo común el 7448”. (Koalab, 2017) Ilustración 7 Decodificador 7447 Fuente: Búsqueda de Google Sumador binario 7483 “Circuito Integrado, TTL 74LS83, Sumador binario de 4-Bit donde las sumas (Σ) se proporcionan para cada bit y el acarreo resultante (C4) se obtiene a partir del cuarto bit. Estos agregadores cuentan con una mirada interna completa a través de los cuatro Bits Cuenta con una implementación de ripple-carry. La lógica del sumador, incluido el carry, se implementa en su forma verdadera, lo que significa que el logrado sin necesidad de inversión lógica o de nivel”. (Electronica Led Semiconductors, 2016) Ilustración 8 Sumador binario 7483 Fuente: Búsqueda de Google Selector 74157 El 74157 es un selector de datos o multiplexor cuádruple de 2 a 1 líneas con inversores y controladores para suministrar la selección de datos en el chip completo para las cuatro compuertas de salida. Se proporciona una entrada de luz estroboscópica por separado. Una palabra de 4 bits se selecciona de una de las dos fuentes y se enruta a las cuatro salidas. (AV Electronics, 2020) Regulador 7805 Según (Veloso, 2016): “Es un dispositivo electrónico que tiene la capacidad de regular voltaje positivo de 5V a 1A de corriente, en la mayoría de los desarrollos con arduino o con programadores Pic estamos obligados a garantizar una fuente de tensión constante, eso disminuye la posibilidad de dañar nuestro circuito debido a oscilaciones en los niveles de tensión, la forma más práctica y simple de lograr esto es mediante el Regulador de voltaje 7805, básicamente es un dispositivo que cuenta con 3 pines”. Ilustración 10 Regulador 7805 Fuente: Búsqueda de Google Capacitor “Un capacitor o también conocido como condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía a través de campos eléctricos (uno positivo y uno negativo). Este se clasifica dentro de los componentes pasivos ya que no tiene la capacidad de amplificar o cortar el flujo eléctrico”. (Ingeniería Mecafenix, 2019) Ilustración 11 Capacitor Fuente: Búsqueda de Google Resistencia “Se denomina resistencia o resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico, es decir que ofrecen oposición al paso de la corriente eléctrica y se utilizan para reducir la intensidad y provocar caídas de tensión”. (Facil Electro, 2018) Ilustración 12 Resistencia Fuente: Búsqueda de Google Led (Mecatronica Latam, 2019) Afirma que: El diodo emisor de luz o LED (light-emitting diode) es una fuente de luz que emite fotones cuando se recibe una corriente eléctrica de muy baja intensidad. El LED por lo general se encierra en un material plástico de color que acentúa la longitud de onda generada por el diodo y ayuda a enfocar la luz en un haz. Ilustración 13 Led Fuente: Búsqueda de Google Dip Switch 4 posiciones “El Dip Switch 4 se trata de un conjunto de micro-interruptores eléctricos que se presenta en un formato encapsulado (que se denomina Dual In – Line Package – DIP), la totalidad del paquete de interruptores se puede también referir como interruptor DIP en singular, pueden contener 1, 2, 3,4, 6, 8 hasta 9 microinterruptores. Es esta característica lo que diferencia a estos micro-interruptors del resto”. (GeekBot Electronics, 2019) Ilustración 14 Dip_Switch 4 Display 7 Segmentos “A cada uno de los siete LED en el display se le asigna un segmento posicional con uno de sus pines de conexión que se saca directamente del encapsulado de plástico rectangular. Estos pines LED individuales están etiquetados de a hasta g que representan cada LED individual. Los otros pines LED están conectados entre sí y conectados (por su ánodo o cátodo) para formar el pin común”. (Patagonia Tech, 2016) Ilustración 15 Display 7 Segmentos Procedimiento Para la creación del circuito sumador/restador se utilizó el software proteus en el cual se realiza la simulación del circuito. Ilustración 16 Proteus Resta Elaborado por: Ramírez Kenny Ilustración 17 Proteus Suma Elaborado por: Ramírez Kenny Se creó un regulador de voltaje con un 7805 que convierte de 10V a 5V, esto con el fin de evitar posibles sobrecargas de energía o disminución de la vida útil de los componentes. Ilustración 18 Proteus Regulador de Voltaje 5V Elaborado por: Ramírez Kenny La entrada de los números a restar se los realiza a través de los Dip Switchs de 4 posiciones, teniendo en cuenta que a través de las combinaciones binarias que se realicen se mostrara un número en el display, además que en el cable que se conecta con el decodificador se colocó un terminal “default”, para que las señales que se produzcan en esta sección sean replicadas sin el uso de una conexión por cable. Ilustración 19 Proteus Entrada de Dígitos Elaborado por: Ramírez Kenny Para determinar qué tipo de operación queremos realizar se colocó un “botón”, el cual si está presionado realizara la operación Suma, caso contrario realizara una resta. Para presentar el resultado de la Suma/Resta se colocó dos Displays de 7 segmentos cada uno representa la unidad y la decena, además estos están enlazados a la parte de salida del decodificador, los displays son alimentados de energía por parte de un terminal “Power”. Ilustración 20 Leds presentadores Elaborado por: Ramírez Kenny La parte de las operaciones aritméticas son realizadas por el componente 7483 que es un sumador binario de 4-Bit donde las sumas se proporcionan para cada bit y el acarreo resultante se obtiene a partir del cuarto bit, los terminales “default” nombrados como “NA y NB” representan a los valores de cada Display. Ilustración 21 Sumadores Elaborado por: Ramírez Kenny El selector 75157 se encarga de recibir datos por su 8 entradas y las convierte para que estos salgan e un formato de 4 salidas, esto ayuda a la hora de enviar los datos al siguiente componente ya que la mayoría solo cuentan con 4 entradas. Ilustración 22 Selectores Elaborado por: Ramírez Kenny Los comparadores 7485, se encargan de recibir las señales en código BCD y los transforma en binario para que así las señales enviadas sean comprendidas por los componentes enlazados a este. Ilustración 23 Comparadores Elaborado por: Ramírez Kenny En la parte final del circuito se tiene a los decodificadores 7447, estos enviaran las señales a través de un terminal “default” a los display para que se enciendan y presenten los datos sin tener que estar conectados entre sí por cables. Ilustración 24 Decodificadores Elaborado por: Ramírez Kenny En el diseño PCB tiene como fin conectar de manera virtual los componentes ocupados en la parte del esquemático, esto con el fin de tener una pre visualización de la estructura que tendrá nuestra placa, además que permite simplificar el diseño a nuestra conveniencia. Ilustración 25 Diseño PCB Elaborado por: Ramírez Kenny Se le cambio el tamaño de las pistas para que al momento de implementarlo en escala real no existe problema porque las entradas son muy pequeñas. Ilustración 26 Tamaño de entrada Elaborado por: Ramírez Kenny Al momento de la creación de las pistas se le coloco puentes para poder conectar todos los componentes cabe recalcar que a la hora de impresión del diseño los puentes no se visualizaran. Ilustración 27 Puentes PCB Elaborado por: Ramírez Kenny Proteus cuenta con la opción de verificar nuestro circuito de forma 3D con esto sabremos cómo se verá nuestra placa terminada. Ilustración 28 Diseño 3d Elaborado por: Ramírez Kenny Conclusión La creación y aplicación de las técnicas aprendidas en clase ayudaron demasiado a la hora de crearlo, ya que se tenía una base para ciertas cosas, tales como el regulador de voltaje, además de la investigación de los diferentes “DATASHEET”, para crear la encapsulación algunos que no contaban con ella, hay que recalcar que en la realidad se vale de microprocesadores y compuertas más inteligentes que ayudaran a diseñar el circuito con el mismos propósito pero de manera más simplificada y práctica. Recomendaciones Se debe tener en cuenta la encapsulación de los documentos para evitar errores al momento de la creación del modelo PCB Se recomienda el uso de terminales tales como los “default, input y outpout” para evitar la congestión de cables en nuestro proyecto, además así se encontrara más fácil los problemas de conexión Bibliografía AV Electronics. (15 de Enero de 2020). https://avelectronics.cc/producto/74157/ AV Electronics. Obtenido de Carrod Electronica . (10 de Febero de 2015). Carrod Electronica . Obtenido de https://www.carrod.mx/products/ci-ttl-comparador-de-magnitud-4-bits-74ls85 Electronica Led Semiconductors. (24 de Julio de 2016). Electronica Led Semiconductors. Obtenido de https://www.ledsemiconductors.com/product-page/74ls08 Facil Electro. (08 de Marzo de 2018). Facil Electro. https://www.facilelectro.es/componentes-electrobicos-que-son/ Obtenido de Floyd, T. L. (2006). FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DIGITALES. Madrid: PEARSON EDUCACIÓN S.A. GeekBot Electronics. (19 de Mayo de 2019). GeekBot Electronics. Obtenido de http://www.geekbotelectronics.com/producto/dip-switch-4-posiciones-rojo/ Ingeniería Mecafenix. (20 de Febrero de 2019). Ingeniería Mecafenix. Obtenido de https://www.ingmecafenix.com/electronica/el-capacitor/ José Prieto, M. Á., Martín Pernía, A., Villegas Saiz, P. J., Martín Ramos, J. A., & Nuño García, F. 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