PRÁCTICA 2: MONTAJE PRÁCTICO DE CIRCUITOS DIGITALES

PRÁCTICA 2: MONTAJE PRÁCTICO DE CIRCUITOS
DIGITALES
Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas.
Miguel Martínez Iniesta
Juan Antonio Ruiz Palacios
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
INTRODUCCIÓN.
El objetivo de esta práctica es conocer el procedimiento y el instrumental
necesario para la implementación de circuitos digitales, con el fin de comprobar
su correcto funcionamiento, comparando los resultados con los obtenidos en la
simulación.
A continuación vamos a ver una breve descripción de los distintos
elementos necesarios para el montaje practico de los circuitos digitales.
1.- Entrenador digital.
El entrenador digital constituye el elemento fundamental, en él se han de
implementar los montajes de la práctica.
Está compuesto por los siguientes elementos:
1.1.- Fuentes de alimentación.
El entrenador digital dispone de 4 fuentes de alimentación (FAs) de tensión
continua. Dos de ellas son de tensión de salida fija (+5 V.) y las otras dos, V1 y
V2, tienen la salida variable.
Para la realización de nuestras prácticas solo debemos utilizar las
fuentes de salida fija de 5V. Estas fuentes disponen de dos bornas,
una de ellas está indicada por el signo (+), borna POSITIVA (Vcc = “1”
lógico), y la otra por el signo (┴), borna NEGATIVA (GND = “0” lógico)
o de cero voltios.
Cada una de las FAs de salida fija, como su nombre indica,
suministra un valor de tensión fijo, +5 voltios estabilizados, y son
capaces de suministrar hasta 1 Amperio, estando protegidas contra sobrecargas.
Las bornas de cero voltios de ambas fuentes están conectadas eléctricamente
por el interior del entrenador.
Se puede controlar el valor de las FAs de salida variable, V1 y V2, por medio
de los potenciómetros que existen en la parte inferior del entrenador, a la
izquierda para V1 y a la derecha para V2. Cada una de estas FAs puede adquirir
2
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
el valor desde 0 hasta +30 voltios estabilizados, en función de la posición de los
potenciómetros; la corriente capaz de suministrar cada una de las FAs variables
es de 1 Amperio.
Para conocer el valor de tensión disponible en cada una de las FAs de salida
variable, se ha de colocar el conmutador existente a la derecha del voltímetro en
la posición adecuada.
Existen dos LEDs junto a los potenciómetros de gobierno de las FAs de salida
variable, que están asociados cada uno a una FA y lucen cuando existe exceso
de corriente (sobrecarga) en la FA correspondiente.
1.2.- Voltímetro.
El voltímetro incorporado en el entrenador es analógico, de tensión continua y
sirve exclusivamente para medir la tensión de salida de las fuentes de
alimentación V1 y V2.
Este voltímetro tiene dos escalas, la primera de 0 a 10 voltios y la segunda de
0 a 30 voltios. El conmutador existente a la derecha del voltímetro dispone de 4
posiciones, V1(0-10), V1(0-30), V2(0-10) y V2(0-30). Mediante las que se indican
la fuente y el rango que se está utilizando.
1.3.- Conmutadores de programación con antirrebote.
En el entrenador existen 8 conmutadores de programación, 4 a
la izquierda y otros tantos a la derecha, que están compuestos
por un conmutador de dos posiciones (cada una asociada a un
estado lógico "0" ó "1") y una borna donde está disponible la
señal del valor lógico seleccionado por el interruptor.
Los utilizaremos para conectar las entradas de nuestro circuito.
1.4.- LEDs indicadores de estado lógico.
En la parte superior del entrenador
existen 8 LEDs indicadores de nivel,
cada
uno
junto
a
su
borna
correspondiente,.
Al aplicar a la borna asociada al diodo
LED, la señal digital a testear, lucirá
solo cuando la señal sea un "1" lógico.
1.5.- Generadores de pulsos y de reloj.
El generador de pulsos disponible en el entrenador permite obtener pulsos
altos (o bajos), controlando su anchura por el tiempo que se tiene activado el
3
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
pulsador
con
retorno
asociado al generador. En
el entrenador existen dos
de estos pulsadores ambos
dotados
de
circuitos
antirrebote.
El generador de reloj, genera pulsos de modo continuo y de la frecuencia
indicada por el conmutador (aprox. de 1 Hz. a 100 KHz.). Este generador de reloj
dispone de un interruptor de habilitación / inhibición de la salida.
Tanto el generador de pulsos como el generador de reloj, se encuentran en la
parte inferior del entrenador.
1.6.- Tarjeta de interconexionado de los CIs.
El entrenador dispone de dos placas del tipo Proto-Board que consiste en una
retícula de agujeros, situados sobre una superficie aislante.
Cada orificio contiene un contacto eléctrico mecánicamente elástico, el cual
puede alojar un único terminal DIP (Dual In Package) o un hilo rígido de cobre de
diámetro aproximado 0.5 mm.
Los orificios están colocados sobre una cuadrícula de lado 0.1" (1"=1
pulgada=25.4 mm.), de forma que un CI encapsulado DIP pueda ser insertado
fácilmente.
Los contactos están interconectados transversalmente en grupos de cinco, y
de modo lateral los aproximadamente 40 existentes .
Entre un grupo de 5 contactos interconectados y el otro grupo de 5 contactos,
alineado con el anterior, existe una separación de 0.3". Ambos grupos están
eléctricamente aislados entre si.
En el anexo se puede ver un esquemas de las conexiones eléctricas.
1.6.1.- Inserción de CIs en la placa de pruebas.
4
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
El proceso de inserción de CIs en la placa de pruebas, así como el de su
extracción, se han de realizar con el interruptor general del entrenador
desconectado.
En la realización de las
prácticas se utilizarán circuitos
integrados, con encapsulado
DIL.
Cuando deseemos insertar un
CI DIL en la placa de pruebas,
es
necesario
previamente
comprobar que todos sus pines
están rectos, alineados y
separadas ambas filas la
distancia oportuna. Del mismo
modo se han de observar los contactos de la placa donde se piensa insertar el CI
para asegurarnos de que estos contactos están libres de cualquier objeto.
Un CI con encapsulado DIL que no haya sido nunca introducido en un zócalo
o una placa de pruebas, requiere, probablemente, que le sean dobladas las
patillas de cada lado del CI para se encuentren paralelas y entre ellas exista la
separación necesaria .
Para doblar todos los pines de un lado en un CI DIL, es necesario sujetar
firmemente el CI con ambas manos, apuntando los pines en sentido opuesto a
nosotros, colocando el dedo pulgar de cada mano sobre la parte superior de cada
extremo del CI libre de pines y el dedo índice sobre la parte inferior.
De este modo, apoyando la fila de pines inferior sobre una superficie dura, se
ejercerá presión sobre la parte donde se curvan los pines hasta que estos queden
perpendiculares al CI. Asimismo habría que operar con la otra fila hasta que
ambas estén paralelas y la separación entre ellas se la correcta. Un CI DIL que
tenga menos de 24 pines tendrá separadas sus filas una distancia de 0.3
pulgadas (0.3"). Un CI DIL que tenga 24 ó más pines tendrá separadas sus filas
una distancia de 0.6".
Una vez se haya depositado el CI sobre la posición de la placa de pruebas en
que deseamos sea instalado, y se compruebe que cada pin coincide con un
contacto de la placa, se debe hacer presión sobre él contra la placa, con fuerza
pero lentamente.
Si se observara que se dobla algún pin al realizar presión sobre el circuito,
deberemos extraerlo y enderezarlo, comenzando de nuevo la inserción.
1.6.2.- Identificación de los CI y sus pines.
Para la realización de la práctica utilizaremos la serie 74xx que corresponde a
la familia TTL, en el anexo de las prácticas podemos ver la funcionalidad de los CI
según su denominación.
5
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
Para identificar el numero que corresponde a cada pin, buscaremos la marca
que identifica el pin 1 y los enumeraremos correlativamente en sentido
antihorario, como muestra la siguiente figura:
1.6.3.- Conexiones de la tensión de alimentación.
Todos los CI necesitan para poder realizar su función lógica una tensión de
alimentación de corriente continua. Los CI que utilizaremos en la práctica están
implementados en tecnología TTL, por lo que necesitan para su alimentación una
tensión continua de 5v. La Borna positiva (roja) corresponde a Vcc o “1” lógico y
la borna de masa (negra) a GND o “1” lógico.
Para conectar la tensión de alimentación a todos los CI, conectaremos los
cables tal como muestra las siguientes figuras.
Importante: Prestar especial atención a las conexiones de alimentación de
los CI, ya que si nos equivocamos en la polaridad o en la patilla de conexión
podemos destruir el CI. Para evitar errores es conveniente realizar primero las
conexiones de alimentación de los CI.
1.6.4.- Extracción de CIs de la placa de pruebas.
Para extraer un CI de la placa de pruebas, insertaremos la punta del
destornillador (sonda lógica o similar) entre un extremo del CI y la placa,
manteniendo el destornillador casi paralelo a la placa. Un ligero movimiento de
vaivén del destornillador, junto con un suave avance de éste, hará que se vayan
separando gradualmente los pines del CI de los contactos de la placa de un modo
correcto.
6
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
Para evitar que se doblen los pines de los CIs, deberemos procurar que la
extracción se realice manteniendo el CI lo más paralelo posible a la placa; para
ello se introducirá el extractor alternativamente por ambos extremos hasta
conseguir su objetivo.
Importante: para preservar la integridad de los pines del CI, y evitar pincharnos,
no realizar la extracción con las manos.
1.6.5.- Preparación de los cables de conexionado.
Los cables adecuados para realizar conexionados en la tarjeta de pruebas
deben ser unifilares de hilo de cobre rígido, de diámetro aproximado 0.5 mm.
Se ha de retirar el aislante de los extremos
del cable aproximadamente unos 8 mm. El
dejar desprovisto de aislante en los extremos
más longitud de la debida, puede originar
cortocircuitos con otros cable próximos.
1.6.6.- Medidas de precaución .
En cuanto a las medidas necesarias de precaución, conviene recordar que el
entrenador digital está conectado a la red a 220 V. c.a., y por tanto hay que
observar las debidas precauciones.
Las tensiones presentes en la parte superior del entrenador no son peligrosas
para el cuerpo humano.
Con los CIs que se utilizan habitualmente en las prácticas, en su manejo
cotidiano, es necesario observar unos cuidados especiales.
Si el CI se deposita sobre el banco de trabajo con los pines hacia abajo y
accidentalmente nos apoyamos sobre él, estos serán aplastados quedando
posiblemente inutilizable.
En caso de depositar el CI con los pines hacia arriba y apoyarnos
inadvertidamente sobre él, pueden clavársenos en la piel.
Para evitar ambas incidencias, los CIs se entregarán a cada grupo insertados
sobre unas planchas de poliuretano blanco (o funda de plástico), donde deben
permanecer mientras no sean utilizados.
7
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
La inserción / extracción de CIs, así como el conexionado en
las placas Proto-Board, debe realizarse con el interruptor
general del entrenador desconectado.
2.- Polímetro.
Existen distintos tipos de polímetro que podemos
utilizar en las prácticas. Todos ellos son digitales y
permiten medir tensiones, corrientes y resistencias, así
como comprobar diodos y la continuidad entre dos
puntos.
Con ayuda del polímetro podemos medir las tensiones
de los distintos niveles lógicos, así como las corrientes
en cada patilla del CI.
3.- Sonda lógica.
La sonda lógica es un instrumento que permite detectar el nivel lógico en que
se encuentra un punto determinado de un circuito.
Para realizar la medida, la sonda se ha de alimentar desde el entrenador en el
cual se pretende medir. La alimentación de la sonda se realizará por medio de
una de las FAs de +5 V., en caso de desear medir
niveles lógicos TTL, o bien desde la FA en que se
alimenta el circuito CMOS en caso de desear
medir niveles lógicos CMOS.
La sonda dispone de dos conmutadores, el
primero de ellos permite seleccionar la familia
lógica empleada en el punto a medir, TTL o
CMOS; el segundo de ellos escoge entre los
modos IMPULSO y MEMORIA.
La sonda no indica el valor de tensión de un punto determinado, para ello
necesitaríamos el polímetro, si no el nivel lógico, "0" ó "1", dentro de la familia
escogida (TTL o CMOS). Permite discernir entre niveles fijos altos y bajos,
señales a nivel alto o bajo con pulsos bajos o altos, o bien entre señales
periódicas de frecuencia menor de 200 Khz. o mayor de este valor.
4.- Problemas más comunes de mal funcionamiento del circuito.
Una vez implementado el circuito conectaremos la alimentación accionando el
interruptor del entrenador y comprobaremos el funcionamiento del circuito para
todos los valores de su tabla de verdad.
En el caso de que el circuito no funcione, se deberá con ayuda del esquema y
la sonda lógica averiguar el fallo y solucionarlo.
8
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
Los problemas mas comunes de mal funcionamiento son:
a) Cables cortados interiormente.
b) Fallo de contacto entre un cable o pin de CI con el contacto de la
placa.
c) Mal contacto entre un cable y una borna de conexión.
d) Unir dos señales de salida provocando un conflicto de niveles.
Para solucionar más fácilmente los problemas de mal funcionamiento, es
conveniente prestar atención al conexionados, dejando libres de cableado los CI.
para su extracción en el caso de mal funcionamiento, así como los pines para
poder pinchar con la sonda. En la siguiente figura podemos ver dos ejemplo de
montaje.
9
Tecnología de Computadores I. Manual de Prácticas
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.
IMPORTANTE: Para poder realizar la práctica es imprescindible presentar
la hoja de resultados completa al inicio de la sesión.
1. Diseño e implementación de un circuito que detecte si un número de 4
bits no pertenece al BCD natural
Vamos a realizar el montaje del ejercicio 2 de la práctica 1.
1a) Completar en la hoja de resultados:
-
Tabla de verdad del circuito y expresiones lógicas simplificadas.
Esquema del circuito con toda la información para implementarlo (ver
anexo con la información de los circuitos integrados):
o Número de pin de cada entrada y salida.
o CI de donde se implementaría la puerta.
o Relación de material necesario (CI) para la implementación
indicando pines de alimentación.
1b) Montar el circuito utilizando el esquema de la hoja de resultados y
comprobar su funcionamiento.
1c) En caso de mal funcionamiento detectar la causa con ayuda de la sonda
lógica.
1d) Indicar en la hoja de resultados, en observaciones los problemas
encontrados y los pasos realizados para su resolución.
2. Diseño e implementación de un circuito que detecte números binarios
de cuatro dígitos mayores que 9 ó menores que 2.
Diseñar el circuito y repetir los apartados del ejercicio 1.
10
GRUPO
Nº :
E
APELLIDOS,
NOMBRE
PRACTICA 2. HOJA DE RESULTADOS
ALUMNO:
ALUMNO:
Tabla de verdad y expresiones Esquema:
lógicas simplificadas:
J
E
R
C
I
C
I
Observaciones:
O
E
Tabla de verdad y expresiones Esquema:
lógicas simplificadas:
J
E
R
C
I
C
I
O
Observaciones: