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una practica de un sumador completo de 4 bits donde sus resultados se muestran en 2 display
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Diagrama de conexión de un display de 7 segmentos La conexión de un display de 7 segmentos a un microcontrolador o circuito digital depende del tipo de display (cátodo común o ánodo común) y del microcontrolador o circuito que se utilice. Sin embargo, los principios básicos de conexión son los mismos. En el caso de un display de cátodo común, cada uno de los pines del controlador se conecta al cátodo correspondiente del LED. El terminal común del cátodo se conecta a la tierra del circuito. En el caso de un display de ánodo común, cada uno de los pines del controlador se conecta al ánodo correspondiente del LED. El terminal común del ánodo se conecta a la fuente de alimentación del circuito. Ejemplo de uso de un display de 7 segmentos Un uso común de los displays de 7 segmentos es en relojes digitales. En este caso, el microcontrolador del reloj controla el estado de cada segmento del display para mostrar la hora actual. Imágenes adicionales de displays de 7 segmentos
Definición y función En electrónica digital, una compuerta NOT , también conocida como inversora o negadora , es un circuito lógico básico que realiza la operación de negación lógica. En otras palabras, la compuerta NOT toma una señal de entrada y produce una salida que es el inverso de la entrada. Si la entrada es 1, la salida es 0; y si la entrada es 0, la salida es 1. Símbolo y tabla de verdad El símbolo de una compuerta NOT se muestra a continuación: La tabla de verdad de una compuerta NOT se muestra a continuación: Tabla 1 .- Tabla de verdad, Compuerta NOT Entrada Salida 0 1 1 0 Imagen 5 .- Display 7 segmentos mostrando una letra Imagen 6 .- Compuerta NOT
La tabla de verdad de una compuerta AND con dos entradas se muestra a continuación: Tabla 2 .- Tabla de verdad compuerta AND Entrada A Entrada B Salida 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Implementación física Las compuertas AND se pueden implementar utilizando diversos tipos de componentes electrónicos, como transistores, diodos y circuitos integrados (IC). Una implementación común utiliza transistores bipolares o MOSFET. Aplicaciones Las compuertas AND se utilizan en una amplia variedad de circuitos digitales, incluyendo:
Definición y función En electrónica digital, una compuerta XOR , también conocida como compuerta exclusiva-o , es un circuito lógico básico que realiza la operación lógica XOR. En otras palabras, la compuerta XOR toma dos o más señales de entrada y produce una salida que es 1 solo si exactamente una de las entradas es 1. Si ambas entradas son 0 o ambas son 1, la salida es 0. Símbolo y tabla de verdad El símbolo de una compuerta XOR se muestra a continuación: Imagen 7 .- Símbolo compuerta XOR La tabla de verdad de una compuerta XOR con dos entradas se muestra a continuación: Tabla 3 .- Tabla de verdad compuerta XOR Entrada A Entrada B Salida 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Implementación física Las compuertas XOR se pueden implementar utilizando diversos tipos de componentes electrónicos, como transistores, diodos y circuitos integrados (IC). Una implementación común utiliza transistores bipolares o MOSFET. Aplicaciones Las compuertas XOR se utilizan en una amplia variedad de circuitos digitales, incluyendo:
Primero tenemos que determinar la tabla de verdad, con las necesarias salidas al igual que sus entradas, teniendo en cuenta totalmente el acarreo que es totalmente necesario para poder obtener de manera correcta las sumas al igual que las restas, que determinaremos dentro de no mucho al igual que se realizará el circuito.
Para convertir 5 bits a bcd fue necesario utilizar 6 salidas, 2 de estas representarían los decimales y los 4 restantes las unidades. Se utilizan 6 salidas en lugar de 8 ya que al solo tener 5 bits el número máximo que podemos representar es el 31, por lo tanto, no será necesario utilizar más decenas. Entonces para crear un circuito convertidor primero creamos la tabla de verdad donde tendremos como entradas los 5 bits que nos proporciona el sumador, estos los ordenamos de más significativo a menos significativo; en las salidas tendremos el número en bcd, igualmente representado desde las decenas a unidades, igualmente del más al menos significativo. Tabla 4 .- Convertidor BCD a Binario TABLA DE VERDAD Binario BCD c S4 S3 S2 S1 Bd Ad D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1
Posterior a obtener la tabla de verdad deberemos obtener los mapas de Karnaugh de cada una de las 6 salidas para poder obtener las ecuaciones de cada una de estas y poder representar en un diagrama lógico estas mismas.
Imagen 8 .- Mapa de Karnaugh Bd 𝐹 = 𝐶 𝑆 3 + 𝐶 𝑆 4
Imagen 9 .- Mapa de Karnaugh Ad 𝐹 = 𝐶 𝑆̅̅ 4 ̅ 𝑆̅̅ 3 ̅ + 𝑆 4 𝑆 3 𝑆 2 + 𝐶̅ 𝑆 4 𝑆 3 + 𝐶̅ 𝑆 4 𝑆 2
Imagen 12 .- Mapa de Karnaugh de B 𝐹 = 𝑆̅̅ 4 ̅ 𝑆 3 𝑆 2 + 𝐶̅ 𝑆 4 𝑆 2 + 𝐶𝑆̅̅ 4 ̅ 𝑆̅̅ 3 ̅ 𝑆̅̅ 2 ̅ + 𝐶 𝑆 4 𝑆̅̅ 3 ̅ 𝑆 2 + 𝐶̅ 𝑆 4 𝑆 3 𝑆̅̅ 2 ̅
Imagen 13 .- Mapa de Karnaugh de A 𝐹 = 𝑆 1
Luego de hacer primero lo queson las determinaciones iniciales (Las entradas y las salidas respectivas, al igual que el acarreo), se empezará a realizar lo que es el código en Arduino para poder hacer el convertidor de BCD (Código que se utiliza para representar números decimales en código binario) a Binario, el cual se nos es requerido para realizar en ciruito tanto en la parte digital, que en nuestro caso utilizaremos Multi Sim al igual que la parte física, los códigos se mencionarán al igual que se explicarán a continuación, siendo estos determinaciones necesarias que el programama debe de tener en cuenta para poder realizar de forma satisfactoria los cambios requeridos y adecuados. Para llevar de la simulación a la realidad este convertidor observamos que se deberían utilizar muchas compuertas y a su vez seria una gran cantidad de cableado, por lo tanto, usamos un Arduino para hacer el trabajo de convertir los 5 bits que nos da el sumador a los 6 bits necesario en BCD.
Para hacer esto primero hicimos uso de la aplicación Arduino IDE para poder programarlo, luego de haber obtenido la aplicación, se creó el siguiente código: Como en cualquier código, comenzamos llamando la librería arduino que nos permitirá realizar ciertas funciones de este mismo; a continuación, comenzamos a declarar los pines a utilizar y ponerlos en sus variables , con ayuda de la función const int, crearemos un array para poder guardar múltiples pines en una sola variable, por lo tanto, indicamos los 5 pines que recibirán los bits de entrada, los 2 pines que sacaran los bits de las decenas y finalmente los 4 pines que sacaran los bits de las unidades. Imagen 14 .- Código binario a BCD declaración de variables Despues de eso podemos continuar con la función void setup, esta función se ejecutara cuando se inicie el código y no cambiara, por lo tanto, en esta función estableceremos como se comportaran los pines que utilizaremos, para esto primero haremos uso de la función for para indicar que se establecerá un loop, este loop funcionara en los valores de i (una variable más que integramos para realizar este trabajo), para los bits del sumador i iniciara como 0 pero comenzara desde 1 e ira incrementando hasta 5, asi que una vez indicado que este loop funcionara desde el pin 1 al 5, estableceremos con la función pinMode que estos pines serán de entrada colocando el nombre de la variable donde están los pines seguido de INPUT Este proceso se repite para los pines de las decenas y unidades, pero en esto casos i se ira incrementando hasta 2 y 4 respectivamente además de que se les colocara OUTPUT para que se configuren como pines de salida. Imagen 15 .- Código binario a BCD void setup
Para esta parte se tiene que tener en cuenta tanto el funcionamiento que requerimos que haga el circuito, los números que requerimos que se demuestren en el Display, siendo tanto sumas como restas, con sus respectivos valores, al igual que se utilizará la tabla de verdad previamente obtenida, siendo sumamente necesaria e importante para poder realizar el convertidor en el simulador, siendo así no totalmente necesario el colocar el arduino en el simulador, siendo que realizará la misma acción de lo que hará el convertidor, aunque igual para probar que el código del Arduino es correcto, se realizaron pruebas preliminares con Leds tanto en físico como en una simulación aparte. En este apartado se puede ver a gran detalle los elementos utilizados para la realización de la simulación, haciendo cambios previos en varias ocasiones como en la salida del acarreo al igual que en la salida de la parte de las “B” desde el Dip hasta el sumador, en la cual tuvimos que utilizar una compuerta XOR para poder llegar de forma satisfactoria al resultado esperado, junto con una NOT y una AND en la parte en la cual sale el acarreo del sumador para que este entre al convertidor BCD a Binario que sería nuestro arduino. Imagen 18 .- Circuito completo en Multi Sim Imagen 19 .- a) Compuerta XOR en físico, b) Diagrama de entradas y salidas de la compuerta XOR
Se utilizaron convertidores al igual que un sumador en físico en este trabajo, los cuales son necesarios para que puedan llegar de forma satisfactoria los valores neesarios a ambos Displays, los cuales son de ánodo común los cuales requirió la profa que se utilizaran, de un mismo modo, se mostrarán los elementos utilizados para el trabajo de armado del circuito en físico, junto con la demostración del funcionamiento del código en Arduino.
Imagen 20 .- a) Compuerta NOT en físico, b) Diagrama de Compuerta NOT con sus salidas y entradas
Imagen 21.- a) Compuerta AND en físico, b) Diagrama de Compuerta AND con sus salidas y entradas Imagen 22 .- a) Sumador en Físico, b) Diagrama del sumador con sus entradas y salidas, tierra y entrada de voltaje
