RECOMENDACIONES PARA LAS PRÁCTICAS

RECOMENDACIONES PARA LAS
PRÁCTICAS
Laboratorio de Electrónica Digital
Departamento de Tecnología Electrónica, Universidad de Vigo
1. Trabajo previo a la práctica
El alumno debe realizar el siguiente trabajo antes de la asistencia a las sesiones prácticas de
laboratorio:
-
Traer el diseño de la práctica hecho, comprobado y bien estudiado.
-
Planificar el montaje en casa.
-
Preparar una estrategia para comprobar el funcionamiento del circuito (señales de entrada,
salidas, puntos intermedios).
El esquema de la solución a implementar debería contener:
-
Identificación del integrado y del elemento del integrado. Por ejemplo, U3C podría significar que
es la puerta C del integrado U3.
-
El número de los terminales de los integrados que se corresponden con las entradas del elemento
que se está utilizando.
Por ejemplo, en la siguiente figura se puede ver el esquema completo de un circuito con 4 entradas
(a, b, c, d) y una salida y que está formado por dos puertas NAND y una puerta NOR. Se utilizan 2
integrados, un 74LS00 que contiene 4 puertas NAND y un 74LS02 que contiene 4 puertas NOR. De
integrado 74LS00 se utilizan las puertas A y B.
a
1
b
2
&
3
2
U3A
≥1
3
c
4
d
5
&
1
salida
U4A
6
U3B
Así, en la figura se puede ver que se utilizan las puertas A y B de un integrado que se denomina U3 y
también la puerta A de otro integrado denominado U4. Si la señal de salida no fuese la esperada para los
valores asignados a las entradas a, b, c y d, el alumno podría rápidamente comprobar si las señales en los
terminales 3 y 6 del integrado U3 y en los terminales 2 y 3 del U4 son las esperadas y así depurar su montaje.
2. Trabajo en el laboratorio
2.1. Montaje
Algunos recomendaciones que el alumno deberá tener en cuenta cuando proceda al montaje de su
diseño en el laboratorio para comprobar físicamente su correcto funcionamiento son las siguientes:
-
Elegir para cada conexión el cable más adecuado: aquel que no sea mucho más largo de lo que se
necesita.
-
Marcar las conexiones sobre el esquema como ya realizadas a medida que se vayan realizando.
De este modo no se olvidará ninguna.
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Utilizar para alimentar la placa de prototipos los cables rojos y negros que son más largos. Esto
permitirá separar lo suficiente las pinzas de alimentación de forma que sea más difícil que se
cortocircuiten.
-
Antes de conectar la alimentación del circuito, comprobar que los integrados tienen
correctamente conectados los terminales de alimentación y que el circuito se encuentra
correctamente montado.
-
Probar el circuito comenzando por las partes funcionales pequeñas e ir añadiendo nuevos
bloques una vez que se haya comprobado el funcionamiento del bloque anterior. Esto facilitará la
detección y solución de posibles errores de montaje.
2.2. Localización de fallos en los circuitos
Una vez implementado físicamente un circuito, a pesar de que el esquema sea correcto, hay un
elevado número de posibilidades de que no funcione. Estos fallos se pueden deber a alguna de las siguientes
causas: alimentación defectuosa, equivocación en el conexionado o circuitos integrados defectuosos.
Una de las ventajas de trabajar con circuitos digitales es que sólo tienen dos estados (a lo sumo tres si
existe un estado de alta impedancia). Por lo tanto, sólo es necesario determinar si las entradas o salidas de un
circuito están a nivel lógico 0 o 1. Los equipos más comunes que se suelen utilizar para la detección de fallos
en circuitos digitales son:
-
Sonda lógica
-
Polímetro
-
Osciloscopio
-
Analizador lógico
La sonda lógica permite detectar el 90% de los fallos que se pueden presentar en circuitos
combinacionales. La sonda lógica simplemente indica si la señal a la que se conecta está en nivel 0, nivel 1 o
en ninguno de los dos casos (tercer estado o fallo del circuito). Consiste en algo similar a un bolígrafo que
contiene dos LEDs. Uno de ellos se ilumina si al tocar con la sonda una señal ésta se encuentra a nivel 0
lógico. El otro se ilumina si la señal se encuentra a nivel 1 lógico. En caso de que la señal no se encuentre en
ninguno de estos niveles los dos LEDs permanecen apagados.
Los circuitos integrados digitales a menudo contienen varias puertas o bloques funcionales en un
solo circuito. Con frecuencia uno de estos bloques puede presentar un mal funcionamiento mientras los otros
operan correctamente. También, en algunos casos, todos los bloques pueden fallar debido a un problema
interno con la alimentación. Las razones por las cuales uno de estos bloques puede presentar un mal
funcionamiento son variadas pero las más comunes son:
-
Deterioro de los componentes internos como transistores y resistencias debido a sobrecargas de
las entradas o salidas.
-
Entradas o salidas que están internamente conectadas a Vcc o masa.
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Entradas o salidas que están internamente en circuito abierto.
Como es imposible reparar cualquiera de las situaciones anteriores, el circuito integrado que presente
alguno de estos síntomas se reemplaza por otro nuevo.
2.3. Procedimientos para la localización de fallos
El primer paso es determinar si todos los circuitos integrados del diseño están alimentados
correctamente. Uno de los fallos más comunes en un montaje es debido a malas conexiones en los terminales
de alimentación de los circuitos integrados, tanto por equivocación como por defecto de los propios cables.
Por lo tanto, los pasos a seguir para detectar fallos en el montaje de un diseño electrónico son los siguientes:
-
1º: Comprobar que todos los circuitos integrados están bien alimentados
-
2º: Comprobar que las conexiones de todo el circuito se corresponden con el esquema.
-
3º: Si una salida no da el nivel esperado, comprobar que la salida está conectada a las entradas y
no a las salidas de otros circuitos integrados.
Si una vez comprobado todo lo anterior el circuito sigue sin funcionar, se debe de proceder a la
localización de fallos como se indica a continuación.
Se toma como ejemplo el circuito que se muestra a continuación. En la tabla se muestran los valores
obtenidos y los esperados para cada una de las posibles combinaciones de entrada (H: nivel alto; L: nivel
bajo).
U1A
P
1
3
2
74LS08
U2A
U1B
4
U3A
Q
1
3
6
2
U2B
1
4
2
6
5
5
74LS32
74LS04
74LS08
74LS32
U1C
9
8
U3B
R
3
10
4
74LS08
74LS04
3
S
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P
Q
R
SALIDA ESPERADA
SALIDA OBTENIDA
L
L
L
L
L
L
L
H
H
H
L
H
L
H
H
L
H
H
L
L
H
L
L
L
L
H
L
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
FALLO
En la tabla anterior se puede comprobar que la última combinación no produce la salida esperada en
estado alto (H). En su lugar, la salida adopta el estado bajo (L). El resto de las combinaciones producen una
salida correcta.
Para encontrar el fallo, se debe aplicar la combinación que lo produce (en este caso HHH) en las
entradas del circuito. En la siguiente figura se pueden ver los valores esperados.
L
U1A
H
P
1
3
H
2
H
H
L
74LS08
U2A
U1B
H
U3A
Q
1
H
4
3
6
2
74LS04
5
U3B
H
3
L
6
5
74LS32
74LS32
L
9
8
10
4
4
74LS08
U1C
R
H
2
L
L
H
U2B
1
L
74LS08
74LS04
4
H
S
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Utilizando la sonda lógica se deben comprobar que los niveles reales a las salidas de las puertas
lógicas coinciden con los esperados. En la figura anterior se puede ver como la sonda lógica indica un nivel
bajo a la salida del circuito (salida de la puerta U2B) cuando todas las entradas están a nivel alto, siendo el
valor esperado un nivel alto. Para detectar el fallo se debe ir revisando el circuito desde la salida hacia las
entradas. Los pasos a seguir son los siguientes:
-
1º: comprobar las entradas de la puerta cuya salida tiene un valor incorrecto.
-
2º: si alguna de las entradas no tiene el valor esperado quiere decir que el fallo viene de la parte
del circuito correspondiente a dicha entrada. Entonces se procederá a comprobar con la sonda
lógica los valores de las señales de la puerta cuya salida está conectada a la entrada cuyo valor es
incorrecto y así sucesivamente hasta detectar el error (cable mal conectado, cable defectuoso,
etc.). La parte del circuito correspondiente a las entradas que tienen el valor esperado no tiene
que comprobarse ya que funciona correctamente. De esta forma se reduce el número de puertas
del circuito que hay que comprobar.
-
3º: si todas las entradas tienen el nivel esperado entonces el fallo está localizado en dicha puerta.
Puede ser que el valor incorrecto de la salida de la puerta sea debido a un mal funcionamiento
del circuito integrado que contiene dicha puerta o a una mala conexión de dicha salida (salida
conectada a otra salida). Para aislar la puerta defectuosa se deben desconectar todas las
conexiones de la salida de dicha puerta. Una vez realizada la desconexión puede ocurrir lo
siguiente:
•
la salida tiene el valor correcto. Eso quiere decir que el error era debido a una de
las conexiones realizada desde esta salida. Estaba conectada a otra salida de otra
puerta que era quien inducía el valor equivocado.
•
La salida sigue teniendo un valor incorrecto. Entonces el fallo está localizado en el
circuito integrado que contiene la puerta. Revisar si el circuito integrado está bien
alimentado. Si el error persiste, cambiar el circuito integrado.
En el ejemplo de la figura anterior se puede ver que cuando todas las entradas están a nivel alto, la
salida también debe estar a nivel alto. Con la sonda lógica se ve que la salida está a nivel bajo (salida de la
puerta U2B) lo que supone un fallo del circuito. Se procede entonces a comprobar el valor de las patillas 4 y
5 del circuito integrado donde está localizada la puerta U2B. Se comprueba que la patilla 5 tiene el valor
esperado (L) pero la patilla 4 tiene un valor bajo cuando debería tener un valor alto. De esta forma se observa
que el valor incorrecto de la salida de la puerta U2B viene provocado por la señal de la patilla 4 conectada a
una de sus entradas. La parte inferior del circuito que está conectada a la entrada cuyo valor es el correcto
(patilla 5) no debe ser comprobada. El fallo está localizado en las puertas que participan en la entrada cuyo
valor es incorrecto (U2A, U1A, U1B, U3A). A continuación se comprobaría el valor de las entradas de la
puerta U2A y se observa que la entrada conectada a la patilla 1 del circuito integrado que contiene a dicha
puerta es la que tiene un valor incorrecto. Esta señal se corresponde con la salida de la puerta U1A por lo que
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el siguiente paso es comprobar las entradas de dicha puerta. Si las entradas de dicha puerta tienen el valor
esperado el fallo del circuito de este ejemplo está localizado en esta puerta. Habría que aislar esta puerta y
comprobar las alimentaciones y el conexionado de la salida para detectar el error y proceder a solucionarlo.
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