AUTOR:LOAIZA AGUILAR ANGEL DANILO

TEMA:IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO SUMADOR Y RESTADOR DIGITAL BASADO

EN COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE BAJA Y MEDIANA ESCALA DEINTEGRACIÓN

TRABAJO PRÁCTICO DEL EXAMEN COMPLEXIVO PREVIO A LA OBTENCIÓN DELTÍTULO DE INGENIERO DE SISTEMAS

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

MACHALA - EL ORO

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Yo, LOAIZA AGUILAR ANGEL DANILO, con C.I. 0705932127, estudiante de la carrera de INGENIERÍA DE SISTEMAS de la UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL de la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA, en calidad de Autor del siguiente trabajo de titulación IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO SUMADOR Y RESTADOR DIGITAL BASADO EN COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE BAJA Y MEDIANA ESCALA DE INTEGRACIÓN

• Declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional. En consecuencia, asumo la responsabilidad de la originalidad del mismo y el cuidado al remitirme a las fuentes bibliográficas respecti:vas para fundamentar el contenido expuesto, asumiendo la responsabilidad frente a cualquier reclamo o demanda por parte de terceros de manera EXCLUSIVA.

• Cedo a la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA de forma NO EXCLUSIVA con referencia a la obra en formato digital los derechos de:

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Machala, 23 de noviembre de 2015

III

RESUMEN

IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO SUMADOR Y RESTADOR DIGITAL BASADO EN COMPONENTES ELECTRONICOS DE BAJA Y MEDIANA ESCALA DE

INTEGRACIÓN

AUTOR: LOAIZA AGUILAR ANGEL DANILO

El presente trabajo de investigación consiste en el diseño y construcción de un circuito electrónico que permita realizar las dos operaciones principales que son la suma y la resta entre dos palabras digitales, siendo cada palabra digital un número como máximo de dos cifras. Para el diseño de este circuito he considerado utilizar componentes electrónicos básicos. Para la obtención de las operaciones matemáticas requeridas en el presente proyecto he utilizado como método principal la suma binaria, realizando todas las tablas de verdad necesarias para controlar el correcto funcionamiento del circuito, la elección de los datos a mostrar se ha realizado con la ayuda de multiplexores, he utilizado una memoria SRAM para almacenar los resultados, la visualización de la primera palabra digitales, de la segunda palabra digital, del resultado obtenido en la operación y del datos almacenado se presentara en números confeccionados a base de cinta led de alta luminosidad que requieren de un voltaje mayor al del circuito, es por ello que he utilizado transistores en unión bipolar para lograr esta visualización. En la construcción del circuito físico y mediante pruebas se ratifica el correcto funcionamiento y se obtienen los resultados esperados tanto en la suma como en la resta, la selección de los datos a visualizar se realiza de la forma correcta. Se recomienda diseñar el circuito cuidadosamente utilizando el álgebra booleana para simplificar las expresiones binarias y así disminuir la cantidad de compuertas lógicas que podrían hacer tedioso el trabajo, para construir el circuito físico se recomienda utilizar los circuitos integrados que estén en buen estado ya que si alguno esta imperfecto podría ocasionar que no obtengan los resultados esperados, también se recomienda leer el voltaje máximo que soporta cada uno de los circuitos integrados en sus respectivas hojas de datos y utilizar la fuente de energía adecuada.

Palabras clave: sistemas digitales, multiplexores, SRAM, led, transistores.

IV

SUMMARY

IMPLEMENTATION OF A DIGITAL ADDER AND SUBTRACTER ELECTRONIC COMPONENTS BASED ON LOW AND MEDIUM SCALE INTEGRATION.

AUTHOR: ANGEL AGUILAR LOAIZA DANILO

This research involves the design and construction of an electronic circuit to perform two main operations are addition and subtraction between two digital words, each digital word maximum number of two digits. To design this circuit I have considered using basic electronic components. To obtain the mathematical operations required in this project I have used as the primary method binary addition, performing all truth tables needed to check the correct operation of the circuit, the choice of data to be displayed has been performed with the help of multiplexers, I used a SRAM memory for storing results, displaying the first digital word to the second digital word, the result obtained in the operation and the stored data is presented based on numbers tape made of high brightness LED They require a higher voltage to the circuit, which is why we have used bipolar junction transistors to achieve this display. In the construction of the physical circuit and by testing the correct operation is ratified and the expected results both the sum and subtraction are obtained, selection of data to be displayed is performed correctly. It is recommended to design the circuit carefully using Boolean algebra to simplify binary expressions and thus reduce the number of logic gates that could do tedious work to build the physical circuit is recommended integrated circuits that are in good condition and that if any this could cause imperfect do not obtain the expected results, it is also recommended to read the maximum voltage that supports each of the integrated circuits in their respective data sheets and use the appropriate power source.

Keywords: digital systems, multiplexers, SRAM, led, transistors.

V

ÍNDICE DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1

1.1. Marco Contextual .................................................................................................................... 1

1.2. Problema ................................................................................................................................... 2

1.3. Objetivo General ..................................................................................................................... 2

2. DESARROLLO ................................................................................................................................. 3

2.1. Marco Teórico .......................................................................................................................... 3

2.2. Marco Metodológico .............................................................................................................. 5

2.2.1. Ingreso de palabras digitales mediante Dip-switch ............................................... 5

2.2.2. Selección de operación a realizar mediante Switch............................................... 5

2.2.3. Suma entre las dos palabras digitales mediante el sumador 74LS83 ............... 5

2.2.4. Resta entre las dos palabras digitales ...................................................................... 6

2.2.5. Almacenamiento de resultado en memoria SRAM ................................................. 6

2.2.6. Selección de dato digital a visualizar mediante el circuito integrado 74151 ... 7

2.2.7. Visualización de palabra digital mediante Display de 7 Segmentos

confeccionados con Cinta Led ................................................................................................... 7

2.3. Resultados ............................................................................................................................... 8

3. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 10

4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................................... 11

5. ANEXOS .......................................................................................................................................... 11

5.1 Documentación fotográfica y captura de imágenes ......................................................... 11

VI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Conversión Decimal/BCD ................................................................................................................ 3

Tabla 2 Reglas básicas de la suma binaria ................................................................................................... 3

Tabla 3 Códigos BCD no válidos ................................................................................................................... 3

Tabla 4 Tabla de verdad de lectura y escritura en SRAM 6116 ................................................................... 6

Tabla 5 Tabla de verdad de selección de datos ........................................................................................... 7

VII

ÍNDICE DE FIGURAS

Gráfico 1 Dip-Switch utilizado para ingresar las palabras digitales ............................................................. 5

Gráfico 2 Estados del switch de selección de operación a realizar .............................................................. 5

Gráfico 3 Proceso de la suma binaria con correción bcd ............................................................................. 6

Gráfico 4 Proceso de la resta binaria con correción BCD ............................................................................ 6

Gráfico 5 Circuito de almacenamiento de resultado .................................................................................. 7

Gráfico 6 Circuito de selcción de datos a visualizar en displays .................................................................. 7

Gráfico 7 Ingreso de palabras digitales en el simulador .............................................................................. 8

Gráfico 8 visualización de primera palabra digital en los displays ............................................................... 8

Gráfico 9 visualización de segunda palabra digital en los displays .............................................................. 8

Gráfico 10 Visualización del resultado de la operación suma en los displays .............................................. 9

Gráfico 11 visualización del resultado de la operación resta en los displays .............................................. 9

Gráfico 12 Símbolo de compuerta lógica AND.......................................................................................... 11

Gráfico 13 Símbolo de compuerta lógica OR ........................................................................................... 11

Gráfico 14 Símbolo de compuerta lógica XOR ......................................................................................... 11

Gráfico 15 Símbolo de compuerta lógica NOT ......................................................................................... 11

Gráfico 16 Gráfico del display de 7 segmentos ......................................................................................... 11

Gráfico 17 Estados del transistor en unión bipolar ................................................................................... 11

Gráfico 18 Circuito de multiplexación o selección de datos a visualizar en el simulador .......................... 12

Gráfico 19 Circuito de las operaciones de suma y resta en el simulador................................................... 12

Gráfico 20 Circuito de almacenamiento de resultados en el simulador .................................................... 13

Gráfico 21 Circuito de visualización de datos en displays en el simulador ................................................ 13

Gráfico 22 Selección de datos a visualizar ................................................................................................. 13

Gráfico 23 Selección de operación a realizar ............................................................................................. 13

Gráfico 24 Cinta led de alta luminosidad ................................................................................................... 14

Gráfico 25 Diseño de display de 7 segmentos ........................................................................................... 14

Gráfico 26 Fragmentos de cinta led a utilizar en el confeccionado del display ......................................... 14

Gráfico 27 visualización de display confeccionado a base de cinta led de alta luminosidad ..................... 15

Gráfico 28 Ingreso de las palabras digitales en circuito real...................................................................... 15

Gráfico 29 Circuito real de transistores en unión bipolar .......................................................................... 15

Gráfico 30 Selección de operación a realizar ............................................................................................. 16

Gráfico 31 Circuito real de todo el proyecto realizado .............................................................................. 16

Gráfico 32 Prueba de funcionamiento del proyecto................................................................................. 17

1. INTRODUCCIÓN

La tecnología digital ha estado presente en nuestro medio desde hace varios años y ha evolucionado constantemente para facilitarnos el diseño y construcción de circuitos electrónicos complejos.

En el presente documento presento la forma de crear un circuito electrónico sumador y restador de dos palabras digitales entre un mínimo de 0 y un máximo de 99.

El ingreso se ha dividido en unidad y decena del primer número y en unidad y decena del segundo número en código BCD, se utiliza código BCD ya que facilita la representación de números grandes a diferencia del código binario.

Para la selección de los datos a visualizar he utilizado multiplexor de 8 a 1 en el cual he utilizado 4 de las entradas y 2 bits de selección, lo cual ya cumple con lo planteado.

Las operaciones de suma y resta se seleccionan mediante un interruptor, para la suma se utilizó el método de suma binaria y para la resta he utilizado el método de complemento a 1 que consiste en sumar el primer número y el complemento del segundo número y luego sumar 1 bit.

El resultado de la operación al igual que los números que interviene en la operación son seleccionados para ser visualizados en 3 displays realizados a base de cinta led de alta luminosidad, el circuito funciona a 5 voltios ya que las compuertas lógicas, circuitos integrados y decodificadores que se utilizan en este circuito soportan este máximo de voltaje y los displays de cinta led funcionan a 12 voltios, para lograr que con cada señal enviada del decodificador al display se represente el número correspondiente he utilizado transistor en unión bipolar, este transistor recibe la señal del decodificador a la base, el colector está conectado el segmento a 12 voltios y el emisor es conectado entre las dos tierras comunes tanto de 5 voltios como de 12 voltios, de esta forma se obtiene el resultado esperado.

1.1. Marco Contextual

Se requiere realizar un circuito digital que permita ingresar dos palabras digitales para posteriormente resolver las dos operaciones aritméticas principales que son la suma y la resta entre ellas, el dato a mostrar debe ser seleccionado, todo lo mencionado se debe solucionar mediante compuertas lógicas o componentes electrónicos de baja y mediana integración.

El ingreso de las palabras digitales se hace mediante el componente dip-switch, y para facilitar el ingreso binario de estas palabras que podrían ser de dos cifras se ingresa cada digito en código BCD ocupando 8 bits para el ingreso de cada palabra digital.

La suma entre las dos palabras digitales se realiza normalmente siempre y cuando se realice el control de los códigos BCD validos a mostrar, si se dan códigos BCD no validos se utiliza un método para corregirlo que consiste en sumar a este resultado los bits 0110.

La resta entre las dos palabras digitales se realiza utilizando el método de complemento a 1 que parte de la suma binaria entre el primer dato y el complemento del segundo dato, luego a este resultado se le suma 1 bit y así obtenemos el resultado parcial, luego de esto al igual que en la suma se verifica que el resultado sea un código BCD válido, en el caso de obtener un código no válido se emplea el mismo método para corregirlo.

Para la selección de los datos a visualizar se utilizan multiplexores de 8 a 1 de las cuales se utilizan 4 ya que 4 datos podremos seleccionar mediante 2 bits de selección.

La visualización se realiza mediante un decodificador BCD a 7 segmentos que tiene como entrada los datos multiplexados, cada una de las salidas de este decodificador la recibe un transistor de unión bipolar para encender el segmento de cinta led.

2

1.2. Problema

¿Cómo construir un circuito sumador y restador digital entre dos palabras digitales y representar cada dato seleccionado en el mismo display?

La investigación que permitirá resolver el problema planteado es la siguiente:

¿Cuál es la mejor forma de ingresar una palabra digital que represente un valor decimal de 0 a 99?

¿Cuáles son los métodos utilizados para realizar las operaciones aritméticas entre las dos palabras digitales?

¿Qué método se utiliza para seleccionar la operación a realizar entre las dos palabras digitales?

¿Cuál es la metodología a aplicar para realizar las operaciones de suma y resta?

¿Cómo realizar la operación de resta cuando el minuendo es menor al sustraendo?

¿Cómo realizar la selección de datos que permita visualizarlos en los displays?

¿Cómo lograr que los displays siendo de 12 voltios se activen con una señal de 5 voltios?

1.3. Objetivo General

Diseñar un circuito sumador y restador entre dos palabras digitales permitiendo seleccionar los datos a visualizar en displays de 7 segmentos confeccionados a base de cinta led de alta luminosidad, procurando ocupar componentes electrónicos de baja y mediana integración evitando el uso de componentes inteligentes, una vez diseñado realizar la construcción del circuito físico.

3

2. DESARROLLO

2.1. Marco Teórico

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). La representación de los dígitos decimales en código BCD se muestran en la Tabla 1:

TABLA 1 CONVERSIÓN DECIMAL/BCD

Decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

TOMAS FLOYD 2006

Suma binaria

“La suma binaria tiene sus reglas básicas” (Floyd, 2006), detalladas en la Tabla 2:

TABLA 2 REGLAS BÁSICAS DE LA SUMA BINARIA

A B Suma Acarreo

0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

TOMAS FLOYD 2006

Resta binaria

“La resta es un caso especial de la suma” (Floyd, 2006). La resta binaria se obtiene mediante la suma binaria del minuendo y el sustraendo luego de aplicarle el método de complemento a 2 que consiste en cambiar todos los bits unos por ceros y ceros por unos y sumarle 1 bit.

Códigos BCD no válidos

“Con cuatro dígitos, se pueden representar dieciséis números (desde 0000 hasta 1111), pero en el código 8421, sólo se usan diez de ellos” (Floyd, 2006). En la tabla 3 se representan las seis combinaciones que no son válidos y no se emplean en BCD.

TABLA 3 CÓDIGOS BCD NO VÁLIDOS

Códigos BCD no válidos

1010 1011 1100 1101 1110 1111

TOMAS FLOYD 2006

Multiplexor o Selector de Datos

“Un multiplexor (MUX) es un dispositivo que permite dirigir la información digital procedente de diversas fuentes a una única línea para ser transmitida a través de dicha línea a un destino común. El multiplexor básico posee varias líneas de entrada de datos y una única línea de salida. También posee entradas de selección de datos, que permiten conmutar los datos digitales provenientes de cualquier entrada hacia la línea de salida. A los multiplexores también se les conoce como selectores de datos” (Floyd, 2006).

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Compuerta Lógica AND

“La compuerta Lógica AND es una de las compuertas básicas con la que se construyen todas las funciones lógicas. Una compuerta lógica AND puede tener dos o más entradas y realiza la operación que se conoce como multiplicación lógica” (Floyd, 2006). En el Gráfico 12 ubicado en Anexos se muestra el símbolo con el que se representa la compuerta lógica AND. Compuerta Lógica OR

“Una compuerta lógica OR puede tener dos o más entradas y realiza la operación que se conoce como suma lógica” (Floyd 2006). En el Gráfico 13 ubicado en Anexos se muestra el símbolo con el que se representa la compuerta OR.

Compuerta Lógica XOR

“La compuerta XOR tiene sólo dos entradas y una salida que se pone a nivel ALTO sólo cuando las dos entradas están a niveles lógicos opuestos” (Floyd 2006). En el Gráfico 14 ubicado en Anexos se muestra el símbolo con el que se representa la compuerta XOR.

Compuerta Lógica NOT

“La compuerta lógica NOT 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). En el Gráfico 15 ubicado en Anexos se muestra el símbolo con el que se representa la compuerta lógica NOT.

Sumador Completo

“El sumador completo tiene que sumar dos bits de entrada y un acarreo de entrada. Del semi-sumador sabemos que la suma de los bits de entrada A y B es la operación OR-

exclusiva de esas dos variables, A⊕B. Para sumar el acarreo de entrada (Cin) a los bits de entrada, hay que aplicar de nuevo la operación OR-exclusiva” (Floyd, 2006).

Decodificador BCD a 7 Segmentos

“El decodificador BCD a 7-segmentos acepta el código BCD en sus entradas y proporciona salidas capaces de excitar un display de 7-segmentos para generar un dígito decimal” (Floyd, 2006).

Display de 7 Segmentos

“El display de 7 segmentos ilustrado en el Gráfico 16 ubicado en Anexos es un dispositivo que permite visualizar un digito decimal mediante un código binario en BCD, los dígitos son formados al aplicar polarización directa al segmento apropiado” (Boylestad 1997).

Transistor de unión bipolar

“El transistor de unión bipolar (BJT) es el elemento activo de conmutación utilizado en todos los circuitos TTL, sus terminales son: base, emisor y colector. Un BJT tiene dos uniones: la unión base-emisor y la unión base-colector. Idealmente, en saturación, el transistor actúa como un interruptor cerrado entre el colector y el emisor, como se ilustra en el Gráfico 17 ubicado en Anexos. Cuando la base está a menos de 0,7 V por encima del emisor, el transistor no conduce y actúa como un interruptor abierto entre el colector y el emisor, como muestra la parte (b). Resumiendo, un nivel ALTO en la base pone en conducción y satura (on) al transistor, por lo que actúa como un interruptor cerrado. Un nivel BAJO en la base bloquea (off) al transistor, el cual se comporta como un interruptor abierto” (Floyd, 2006).

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2.2. Marco Metodológico

La solución a la problemática planteada se consigue investigando cuales son los dispositivos apropiados a usar en el diseño del circuito electrónico y mientras se está diseñando el circuito se debe realizar todas las tablas de verdad necesarias para así obtener las expresiones booleanas que permitirán conseguir la solución, las expresiones booleanas deben ser simplificadas lo más que se pueda para que nuestro circuito utilice la menor cantidad de compuertas lógicas posibles, a continuación presentamos los procesos realizados durante la solución.

2.2.1. Ingreso de palabras digitales mediante Dip-switch

El ingreso de las dos palabras digitales se realiza utilizando el dispositivo electrónico llamado dip-switch la primera palabra se ingresará utilizando un dip-switch de 8 pines del cual 4 pines son para ingresar las unidades y los 4 restantes para ingresar las decenas tal como se muestra en el Gráfico 7 a, mientras que para el ingreso del segundo numero utilizare un dip-switch de 10 pines de los cuales utilizo 8 y los dos restantes se utilizara en la selección de datos a visualizar que profundizare luego, al igual que el ingreso de la primera palabra utilizo 4 pines para las unidades y 4 pines para las decenas tal como se muestra en el Grafico 7 b.

2.2.2. Selección de operación a realizar mediante Switch

La selección de la operación a realizar entre las dos palabras digitales se hace mediante un dispositivo eléctrico o electrónico llamado interruptor, si el interruptor está abierto y no hay paso de corriente el circuito recibirá una señal alta o 1 y permitirá hacer la resta binaria, pero si el interruptor está cerrado y hay paso de corriente el circuito recibirá una señal baja o 0 y permitirá hacer la suma binaria, los estados del interruptor se ilustran en el Gráfico 8.

2.2.3. Suma entre las dos palabras digitales mediante el sumador 74LS83

La suma entre las dos palabras digitales se realiza utilizando el método del sumador completo que consiste en aplicar las reglas básicas de la suma binaria profundizada anteriormente, la suma se realiza bit a bit desde el bit menos significativo hasta el bit más significativo tomando en cuenta el acarreo de entrada que en este caso es 0 ya que la suma se realiza cuando el interruptor de selección de operación está cerrado, el circuito integrado 74LS83 realiza la suma de dos dígitos de 4 bits, este resultado pasa por una verificación sobre si es un código BCD válido, en el caso de obtener resultado BCD no válido o tener un acarreo de salida 1 se debe realizar la debida corrección que consiste en sumarle 0110 al resultado anterior con el circuito integrado 74LS83, de esta forma

1 2 3 4 5 6 7 8

Unidad Decena

Primera palabra

a. Ingreso primera palabra

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Unidad Decena

Selección

de datos

Segunda palabra

b. Ingreso segunda palabra

b. Estado cerrado del interruptor a. Estado abierto del interruptor

Alta 1 Baja 0

GRÁFICO 1 DIP-SWITCH UTILIZADO PARA INGRESAR LAS PALABRAS DIGITALES

GRÁFICO 2 ESTADOS DEL SWITCH DE SELECCIÓN DE OPERACIÓN A REALIZAR

6

obtendremos el digito de las unidades del resultado de la operación, luego de esto se realiza la suma de los siguientes 4 bits con el acarreo de entrada enviado desde la operación anterior, todo este proceso se ilustra en el Gráfico 9.

GRÁFICO 3 PROCESO DE LA SUMA BINARIA CON CORRECIÓN BCD

2.2.4. Resta entre las dos palabras digitales

Para realizar la resta entre las dos palabras digitales se aplica el mismo circuito de la suma pero con la particularidad de aplicarle el Complemento A2, para lograr este proceso requerimos el bit de selección de operación que sea 1 para con la ayuda de compuertas XOR mediante el circuito integrado 74LS86 que complementara o invertirá los valores de la segunda palabra digital, la suma se realiza entre la primera palabra digital y la segunda palabra digital invertida y el mismo bit de selección como acarreo de entrada, este proceso lo muestro en el Grafico 10.

2.2.5. Almacenamiento de resultado en memoria SRAM

El resultado de la operación debe almacenarse en alguna parte para poder ser visualizado posteriormente, para ello he utilizado una memoria SRAM 6116 que es una RAM estática en la que se puede escribir 8 bits en la dirección que se le indica, a esta memoria le enviamos a guardar las unidades y las decenas del resultado, la dirección en la que se escribirán o leerán estos datos la configuramos mediante dip-switch ocupando 4 pines de este, la tabla de verdad para leer y escribir datos en esta memoria es la Tabla 4, y el circuito de memoria lo visualizamos en el Gráfico 11.

TABLA 4 TABLA DE VERDAD DE LECTURA Y ESCRITURA EN SRAM 6116

CS OE WE Modo

1 X X No seleccionado

0 0 1 Lectura

0 1 0 Escritura

0 0 0 Escritura

Corrección

BCD no

válido

Circuito Sumador con

corrección de BCD no

válido

74LS83 74LS83

74LS86

74LS86

74LS86

74LS86

GRÁFICO 4 PROCESO DE LA RESTA BINARIA CON CORRECIÓN BCD

7

GRÁFICO 5 CIRCUITO DE ALMACENAMIENTO DE RESULTADO

2.2.6. Selección de dato digital a visualizar mediante el circuito integrado 74151

La selección del dato que se debe visualizar en los displays de 7 segmentos se hace mediante la multiplexación, los bits de selección se pueden ingresar a través de un dip-switch que se muestra en el Gráfico 7 b, la tabla de verdad para la selección la podemos encontrar en la Tabla 5 , el circuito de multiplexación o selección de datos para las unidades es el que muestra en el Gráfico 12, lo mismo es para decenas y centenas.

TABLA 5 TABLA DE VERDAD DE SELECCIÓN DE DATOS

D1 D0 Dato a visualizar

0 0 Primera palabra

1 0 Segunda palabra

0 1 Resultado operación

1 1 Resultado almacenado

GRÁFICO 6 CIRCUITO DE SELCCIÓN DE DATOS A VISUALIZAR EN DISPLAYS

2.2.7. Visualización de palabra digital mediante Display de 7 Segmentos confeccionados con Cinta Led

El dato que se visualiza es el dato que se obtiene de la multiplicación, la visualización se la realiza en displays de 7 segmentos pero con la particularidad que son confeccionados a base de cinta led de alta luminosidad y por lo tanto funciona a 12 voltios, lo que la señal enviada desde el circuito de 5 voltios no abastece para que estos displays especiales funcionen, por lo tanto he utilizado transistores en unión bipolar configurados como interruptores para que se conecte a cada uno de los segmentos de los displays,

Unidades

Decenas

Unidades Decenas

SRAM

6116

74151 74151 74151 74151

Resultado de

la Operación

Dato a Guardar

o Guardado

8

2.3. Resultados

Pruebas de funcionamiento del circuito

Ingresar las siguientes palabras digitales por medio de los dip-switch como se muestra en el Gráfico 13:

GRÁFICO 7 INGRESO DE PALABRAS DIGITALES EN EL SIMULADOR

Primera palabra digital 0110 0010 visualizada digitalmente en el Gráfico 14.

Segunda palabra digital 0100 0000 visualizada digitalmente en el Gráfico 15.

Cálculo de suma binaria 1010 0010

GRÁFICO 8 VISUALIZACIÓN DE PRIMERA PALABRA DIGITAL EN LOS DISPLAYS

GRÁFICO 9 VISUALIZACIÓN DE SEGUNDA PALABRA DIGITAL EN LOS DISPLAYS

En este caso la suma de las dos palabras ha dado como resultado en las unidades un código BCD válido pero en las decenas ha dado un código BCD no válido, por lo tanto a este resultado aplicar la corrección que consiste en sumarle 0110 y el acarreo que lance esta operación será el bit0 de las centenas.

Corrección de código no válido 1010

Suma 0110 para corregir error 0110

9

Resultado de corrección 1 0000

Ya con el resultado de la corrección obtendremos el resultado total de la suma binaria entre las palabras digitales que queda de la siguiente manera:

Resultado de la suma entre las dos palabras digitales es:

Resultado de la suma en BCD 1 0000 0010

Resultado de la suma en Decimal 1 0 2

El código BCD se convierte desde el bit menos significativo de 4 bits en 4 bits es por ello que el resultado en decimal es 104 visualizada digitalmente en el Gráfico 16.

GRÁFICO 10 VISUALIZACIÓN DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN SUMA EN LOS DISPLAYS

Resta binaria entre las dos palabras digitales

Sumar el primer cuarteto de la primera palabra digital tal como es 0010

Complementar primer cuarteto de segunda palabra digital 1111

Aplicando suma binaria el resultado es: 1 0001

Sumar 1 bit a este resultado 0001

Resultado de la resta binaria de los primeros cuartetos: 1 0010

Sumar el segundo cuarteto de la primera palabra digital tal como es 0110

Complementar segundo cuarteto de segunda palabra digital 1011

Resultado de la suma de estos binarios descartando este acarreo 1 0001

Ahora sumar el acarreo existente de la suma anterior 0001

Resultado de la resta binaria de los dos segundos cuartetos: 0010

Resultado de la suma en BCD 0 0010 0010

Resultado de la suma en Decimal 0 2 2

GRÁFICO 11 VISUALIZACIÓN DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN RESTA EN LOS DISPLAYS

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3. CONCLUSIONES

En el transcurso del desarrollo tanto del diseño como en la construcción del circuito aparecían algunas inquietudes que debía aclarar y para ello me sentía en la necesidad de investigar más a fondo sobre los temas que no estaban muy claros, mediante las investigaciones profundas lograba solucionar aquellas inquietudes que se presentaban.

Durante la construcción del circuito electrónico físico en protoboard se presentaba el inconveniente de que en las tiendas electrónicas de esta ciudad no se encontraban algunos de los componentes que se requerían para continuar con la construcción del circuito, pero si se realizaba el pedido mediante estas tiendas si se lograba obtener algunos de los componentes a utilizar.

El circuito está dividido en algunas secciones que son el ingreso de las palabras digitales, la selección de datos a visualizar o la multiplexación, las operaciones de suma o resta y la conexión de los transistores en unión bipolar para encender los segmentos del display de 7 segmentos de cinta led, en la implementación física del circuito cada vez que culminaba alguna de las secciones antes mencionadas realizaba pruebas de funcionamiento para saber si existen algunas fallas y si las habían poderlas corregir antes de pasar a la siguiente sección, este proceso lo he realizado así porque si se realizan más conexiones habrían mucho cable cruzado y esto dificultaría la corrección que se deba aplicar.

Cuando surgió el problema de conectar los display que funcionan a 12 voltios me sentía indeciso en el componente a usar para que cuando el segmento reciba una señal desde el circuito de 5 voltios se encienda, lo que primero se me ocurrió en usar fueron los relays pero el inconveniente que tenía es que los relays tienen un poco de retardo que no me hacía sentir conforme pero luego ya investigando más a fondo encontré que un transistor en unión bipolar puede hacer lo mismo que hace el relay en este caso pero con la ventaja de que lo hace mucho más rápido que el relay.

Cuando el circuito tomaba la forma que debía tomar según el diseño realizado mi interés aumentaba aún más y ya cuando finalice la implementación del circuito y al ver que no tenía demasiadas fallas me sentía a gusto para poder corregir estas pequeñas fallas que tenía, y de esta forma el desarrollo del caso de estudio ha culminado con éxito y se han obtenido los resultados esperados.

Una vez culminado este arduo trabajo de investigación me siento satisfecho ya que he reforzado mucho los conocimientos que tenía acerca de diseñar y construir proyectos electrónicos o digitales.

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4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Thomas, L. Floyd (2006): Fundamentos de sistemas digitales: Pearson Educación.

Robert, L. Boylestad (1997): Electrónica: Teoría de Circuitos: Pearson Educación.

5. ANEXOS

5.1 Documentación fotográfica y captura de imágenes

GRÁFICO 12 SÍMBOLO DE COMPUERTA LÓGICA AND

GRÁFICO 14 SÍMBOLO DE COMPUERTA LÓGICA XOR

GRÁFICO 15 SÍMBOLO DE COMPUERTA LÓGICA NOT

GRÁFICO 16 GRÁFICO DEL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS

GRÁFICO 17 ESTADOS DEL TRANSISTOR EN UNIÓN BIPOLAR

B

A X

B

A X

B

A X

A X

GRÁFICO 13 SÍMBOLO DE COMPUERTA LÓGICA OR

12

GRÁFICO 18 CIRCUITO DE MULTIPLEXACIÓN O SELECCIÓN DE DATOS A VISUALIZAR EN EL SIMULADOR

GRÁFICO 19 CIRCUITO DE LAS OPERACIONES DE SUMA Y RESTA EN EL SIMULADOR

13

GRÁFICO 20 CIRCUITO DE ALMACENAMIENTO DE RESULTADOS EN EL SIMULADOR

GRÁFICO 21 CIRCUITO DE VISUALIZACIÓN DE DATOS EN DISPLAYS EN EL SIMULADOR

GRÁFICO 22 SELECCIÓN DE DATOS A VISUALIZAR

GRÁFICO 23 SELECCIÓN DE OPERACIÓN A REALIZAR

14

GRÁFICO 24 CINTA LED DE ALTA LUMINOSIDAD

GRÁFICO 25 DISEÑO DE DISPLAY DE 7 SEGMENTOS

GRÁFICO 26 FRAGMENTOS DE CINTA LED A UTILIZAR EN EL CONFECCIONADO DEL DISPLAY

15

GRÁFICO 27 VISUALIZACIÓN DE DISPLAY CONFECCIONADO A BASE DE CINTA LED DE ALTA LUMINOSIDAD

GRÁFICO 28 INGRESO DE LAS PALABRAS DIGITALES EN CIRCUITO REAL

GRÁFICO 29 CIRCUITO REAL DE TRANSISTORES EN UNIÓN BIPOLAR

16

GRÁFICO 30 SELECCIÓN DE OPERACIÓN A REALIZAR

GRÁFICO 31 CIRCUITO REAL DE TODO EL PROYECTO REALIZADO

17

GRÁFICO 32 PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO

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Urkund Analysis Result Analysed Document: Submitted: Submitted By: Significance:

Informe LOAIZA AGUILAR ANGEL OANILO.pdf (016341764) 2015-11-23 16:16:00 angeldarü!o1oajza0226@<gmaU .. com 7%

Sources included in the report:

Practica7-JuevesG1 .docx (011231276) https://hachibyrox. wordpress. com7 https://www.clubensayos.com/Ciencia/Bioelectricidad/2841805.html http://arantxa.ii.uam.es/-ig/practicas/enunciados/prac3/BCO.pdf http://san pabloapostol .alexanderuceta. com/wp-content/u ploads/2012/1 O/Circuitoslog icos. pdf

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