Manual de Practicas Digitales con el NI ELVIS II

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INSTRUMENTACIÓN
ELECTRÓNICA Y CIENCIAS ATMOSFÉRICAS
Manual de Prácticas de Circuitos Digitales con el
NI ELVIS II
TESINA
Que para evaluar la experiencia educativa Experiencia
Recepcional (MEIF), del Programa Educativo Ingeniería en
Instrumentación Electrónica.
Presenta:
RAÚL EDMUNDO VÁSQUEZ XEL
Director:
M.I.A. LETICIA CUÉLLAR HERNÁNDEZ
Co-Director:
M.C. JESÚS SÁNCHEZ OREA
Xalapa-Enríquez, Ver.
Diciembre 2012.
Agradecimientos
El agradecimiento más profundo y sentido es para mis
padres, por su ejemplo de honestidad, tenacidad y
superación. Sin su apoyo, confianza e inspiración
habría sido difícil llevar a cabo un camino tan arduo y
lleno de dificultades, como lo es culminar una carrera
universitaria.
Debo agradecer de manera sincera a mis directores de
tesis por su apoyo, dedicación y capacidad para guiarme,
y poder terminar este trabajo.
Índice
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. Introducción al NI ELVIS II............................................................. 3
1.1 Ventajas para desarrollar prácticas sobre esta plataforma ............................ 4
1.2 La importancia del uso de laboratorios para experimentar ............................ 5
1.3 Descripción de la Plataforma NI ELVIS II y de los Instrumentos
Virtuales ............................................................................................................... 6
CAPÍTULO 2. Prácticas con Circuitos Combinacionales ................................. 13
2.1 Antecedentes ............................................................................................... 13
2.2 Práctica No. 1: Decodificador de 3 líneas de entrada a 8 líneas de salida .. 14
2.2.1 Introducción ........................................................................................... 14
2.2.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 15
2.2.3 Material .................................................................................................. 15
2.2.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 15
2.2.5 Resultados ............................................................................................. 16
2.3 Práctica No. 2: Convertidor de código BCD a exceso 3 ............................... 18
2.3.1 Introducción ........................................................................................... 18
2.3.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 19
2.3.3 Material .................................................................................................. 19
2.3.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 19
2.3.5 Resultados ............................................................................................. 20
2.4 Lógica Combinacional con MSI (Integración a media escala) y LSI
(Integración a gran escala) ................................................................................ 23
2.4.1 Antecedentes ......................................................................................... 23
2.5 Práctica No. 3: Comparador de magnitud de 4 bits con Circuitos Integrados
MSI..................................................................................................................... 25
2.5.1 Introducción ........................................................................................... 25
2.5.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 25
2.5.3 Material .................................................................................................. 25
2.5.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 25
2.5.5 Resultados ............................................................................................. 27
2.6 Práctica No. 4: Multiplexor cuádruple de 2 a 1 línea de salida ..................... 29
2.6.1 Introducción ........................................................................................... 29
2.6.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 29
2.6.3 Material .................................................................................................. 30
2.6.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 30
2.6.5 Resultados ............................................................................................. 32
CAPÍTULO 3. Prácticas con Lógica Digital Secuencial .................................... 33
3.1 Antecedentes ............................................................................................... 33
3.2 Práctica No. 5: Tipos de FLIP-FLOPS ......................................................... 34
3.2.1 Introducción ........................................................................................... 34
3.2.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 36
3.2.3 Material .................................................................................................. 36
3.2.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 36
3.2.5 Resultados ............................................................................................. 38
3.3 Práctica No. 6: Contador Binario con Flip-Flop T ......................................... 40
3.3.1 Introducción ........................................................................................... 40
3.3.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 41
3.3.3 Material .................................................................................................. 41
3.3.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 41
3.3.5 Resultados ............................................................................................. 42
3.4 Diseño Digital Basado En PLD’S (Dispositivos Lógicos Programables) ...... 44
3.4.1 Antecedentes ......................................................................................... 44
3.5 Práctica No. 7: Decodificador binario a octal con la Gal20V8 ..................... 46
3.5.1 Introducción ........................................................................................... 46
3.5.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 48
3.5.3 Material .................................................................................................. 48
3.5.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 48
3.5.5 Resultados ............................................................................................. 50
3.6 Práctica No. 8: Decodificador de BDC a 7 segmentos con la GAL20v8 y
LabVIEW ............................................................................................................ 52
3.6.1 Introducción ........................................................................................... 52
3.6.2 Objetivos de aprendizaje ....................................................................... 53
3.6.3 Material .................................................................................................. 53
3.6.4 Desarrollo de la práctica ........................................................................ 53
3.6.5 Resultados ............................................................................................. 56
Apéndice A. Instalación del software NI LabVIEW y NI ELVIS II ..................... 58
Apéndice B. Uso del Simulador de Circuitos Electrónicos NI MULTISIM ...... 63
Apéndice C. Descripción de las Funciones que usa LabVIEW en el diagrama
de bloques ........................................................................................................... 67
Bibliografía........................................................................................................... 70
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
INTRODUCCIÓN
LabVIEW ™ es un entorno de programación gráfica de gran utilidad para
sofisticadas mediciones, control y diseño de sistemas electrónicos y de
instrumentación. El lenguaje utilizado en este software es el lenguaje Gráfico (G).
LabVIEW proporciona a ingenieros y científicos herramientas necesarias para
crear aplicaciones que sean capaces de medir y controlar variables físicas.
Los programas creados en el entorno gráfico LabVIEW son llamados
instrumentos virtuales o por sus siglas en ingles VI. Su apariencia y operación
imitan instrumentos físicos reales, como osciloscopios y multímetros.
LabVIEW construye una interfaz gráfica de usuario con un conjunto de
herramientas (botones, led’s, gráficas, etc.) capaces de adquirir las entradas y
representar las salidas proporcionadas por el programa, ésta interfaz de usuario
se conoce como panel frontal. El diagrama de bloques generado por LabVIEW
contiene el código fuente, utiliza representaciones gráficas de funciones
(matemáticas, operaciones booleanas, de comparación, etc.) para controlar los
objetos del panel frontal, de alguna manera, el diagrama de bloques se asemeja a
un diagrama de flujo. José Rafael Lajara y José Peligrí [1].
La plataforma NI ELVIS™ II es una herramienta empleada en el laboratorio
de electrónica, esta plataforma consta de instrumentos virtuales creados con
LabVIEW, un mecanismo multifuncional de adquisición de datos (DAQ), una
estación de trabajo y un protoboard removible. El NI ELVIS II cuenta con conexión
USB, también ofrece la flexibilidad de la instrumentación virtual, permite la rápida y
fácil adquisición y visualización de señales eléctricas que se generan al realizar las
pruebas y medidas de sistemas electrónicos [2].
Adquisición de datos es el proceso de recopilación y medición de señales
eléctricas, es capaz de enviar los datos a una computadora para procesarlos. La
adquisición de datos también puede incluir la salida de señales analógicas o
señales digitales.
NI ELVIS II es un sistema de adquisición de datos diseñado para los
laboratorios destinados a la enseñanza. Los sistemas de adquisición de datos
(DAQ) son capaces de capturar, medir y analizar los fenómenos físicos del mundo
real. Luz, temperatura, presión son ejemplos de los diferentes tipos de señales
que un sistema de adquisición de datos puede medir [3].
Raúl Edmundo Vásquez Xel
1
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Este trabajo recepcional tiene como finalidad el cumplimiento de los
siguientes objetivos:


El objetivo específico, es proporcionar un manual, que facilite al
usuario el aprendizaje y manejo de la plataforma NI ELIVIS II, y dar a
conocer las herramientas tanto físicas como virtuales, para
desarrollar Sistemas Digitales. Además, se plantean varios ejemplos
de aplicación, con los cuales se pretende la realización de prácticas
digitales ocupando dicha plataforma.
El objetivo de las prácticas, consiste en apoyar a los alumnos de los
programas educativos que incluyan electrónica, a implementar
prácticas digitales en la plataforma NI ELVIS II, por consiguiente, los
alumnos serán capaces de diseñar y construir circuitos digitales,
ocupando el protoboard y los instrumentos virtuales incluidos con la
plataforma, de esta manera aplicarán los conocimientos adquiridos
en clase.
La plataforma NI ELVIS II consigue desarrollar una valiosa herramienta, que
permite a los estudiantes reforzar sus conocimientos y lograr una mayor
comprensión de los mismos, que muchas veces resulta complicado conseguir por
los medios tradicionales, a diferencia del NI ELVIS que es un laboratorio
completo, tanto físico como virtual.
La plataforma NI ELVIS II cuenta con distintos instrumentos virtuales como
lo son: Multímetro, Osciloscopio, Generador de Señales y otros, además de contar
con fuente fija de 5 volts, y una fuente regulable donde la alimentación positiva
proporciona un voltaje que va de 0V a +12V, y la alimentación negativa
proporciona un voltaje de 0V a -12V.
Los ejercicios que se presentan en este manual tratan de ejemplificar de
manera práctica los bloques del conocimiento en el área de inicio de Circuitos
Digitales, los cuales son: Circuitos Combinacionales y Circuitos Secuenciales.
El presente trabajo se desarrolló bajo el siguiente orden, en el primer
capítulo se hace una introducción acerca de la plataforma NI ELVIS II, permitiendo
a los alumnos conocer a grandes rangos el funcionamiento y las herramientas con
las que cuenta dicha plataforma. En el siguiente capítulo se explica cómo se
deben diseñar e implementar las prácticas; utilizando los circuitos
combinacionales, como por ejemplo: decodificadores, multiplexores y
convertidores de código, a éste apartado se anexo una sección en relación a la
aplicación de lógica combinacional MSI (Integración a media escala) y LSI
(Integración a gran escala). Por último, en el tercer capítulo se expone cómo
realizar prácticas con circuitos secuenciales, como lo son Flip-Flops y contadores,
también, se incluye una sección donde se diseñan dos prácticas con dispositivos
lógicos programables (PLD), en éstas se ocupa la GAL20V8 y LabVIEW.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
2
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
CAPÍTULO 1
Introducción al NI ELVIS II
La plataforma NI ELVIS II, por sus siglas en inglés de Educational
Laboratory Virtual Instrumentation Suite II (Conjunto de laboratorio educativo de
instrumentación virtual II), es un diseño basado en LabVIEW con un entorno para
la elaboración de prototipos, que National Instruments construyó con una
combinación de hardware y software, para que estudiantes, académicos y otros
usuarios cuenten con una plataforma que tenga características de un laboratorio
de Electrónica.
No obstante, NI ELVIS II necesita de la instalación de NI LabVIEW, así
como del controlador NI myDAQmx y también del NI ELVISmx para funcionar
adecuadamente. En el apéndice A se explica como instalar dichos programas.
NI ELVIS II tiene las siguientes características [4]:
Los instrumentos virtuales integrados para la computadora son los
siguientes:
-
Multímetro digital (DMM):
Este instrumento comúnmente utilizado, puede realizar los siguientes
tipos de mediciones:
• Voltaje de DC, cuyos rangos van de 200mV a 60V.
• Corriente DC y AC, parámetros de 200mA a 2A.
• Resistencia, rangos de 200Ω a 20MΩ.
-
Osciloscopio: cuenta con dos canales de entrada, puede introducir una
señal AC/DC, el rango de voltaje máximo que puede recibir en DC es
de +/- 10V y en AC es de 7Vrms, la frecuencia máxima que puede
medir es de 100MHz.
-
Generador de funciones: este instrumento le proporciona opciones
para elegir el tipo de onda de salida deseado (senoidal, cuadrada o
triangular), la selección de la amplitud y de la frecuencia, la cual tiene
un rango de 200mHz a 5MHz en una señal senoidal y en una señal
cuadrada o triangular el rango es de 200mHz a 1MHz. Además, el
instrumento ofrece ajuste de DC offset, la frecuencia de barrido y la
modulación; el rango de voltaje máximo que puede generar es de 10V
y 5V TTL.
-
Fuentes de alimentación fijas de 5V y +/- 15V, con una corriente
máxima de salida de 2A y 500mA respectivamente.
-
Fuentes de alimentación variables: la alimentación positiva puede
proporcionar un voltaje de salida de 0V a +12V y la alimentación
Raúl Edmundo Vásquez Xel
3
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
negativa puede proporcionar un voltaje de salida de 0V a -12V, con
una corriente de salida de 500mA en ambas.
NI ELVIS II resulta una herramienta adecuada para la enseñanza de la
electrónica y el diseño de circuitos electrónicos, esto puede ser útil para los
estudiantes de ingeniería electrónica, ingeniería mecánica-eléctrica e ingeniería
biomédica y otras afines al área.
El protoboard se puede extraer físicamente de la plataforma del NI ELVIS II
como se ilustra en la figura 1.1, para que los estudiantes lo empleen en casa y de
esta manera construyan los circuitos que van a desarrollar en clase, y así, en las
horas de laboratorio realicen las pruebas pertinentes para el circuito electrónico,
ahorrando tiempo en las clases de laboratorio. Las características más relevantes
de la plataforma NI ELVIS II se mencionan enseguida:
•
•
•
Protección de cortocircuito con un fusible interno de 1.25 Ampers a 250V.
Entradas BNC1 para generador de funciones y osciloscopio.
Protoboard removible, fácil de transportar.
Figura 1.1. Protoboard de la plataforma NI ELVIS II.
1.1 Ventajas para desarrollar prácticas sobre esta plataforma
Este manual de prácticas permitirá al alumno comprender y aplicar los
conocimientos que deben considerarse en el diseño de circuitos digitales al
relacionar la teoría con la práctica; con dicha plataforma se pretende preparar
profesionalmente al alumno de ingeniería para que tenga herramientas en el
proceso de diseño e implementación de prácticas en electrónica digital, así como
en el uso de software de apoyo como son los simuladores de circuitos
electrónicos, en este caso será ocupado el simulador Multisim y en el apéndice B
se ilustra cómo ocupar las herramientas que trae integradas sobre el NI ELVIS II) y
comparar la simulación con las medidas generadas por el circuito que son
mostradas a través de LabVIEW.
1
El conector BNC del inglés (Bayonet Nut Connector) es un tipo de conector para uso con cable coaxial.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
4
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Las ventajas que genera el uso de la plataforma NI ELIVS II se describen a
continuación:



Al ocupar la plataforma NI ELVIS II, se le fomentará al alumno una
enseñanza más activa, participativa e individualizada, donde se
impulse el método científico. De este modo, se favorece a que el
alumno: desarrolle habilidades, aprenda técnicas elementales y se
familiarice con el manejo de instrumentos, programación y simulación
que le serán de utilidad tanto en el área académica como en el campo
laboral.
Esta plataforma cuenta con todos los instrumentos adecuados para la
realización de prácticas de laboratorio, ya sea en el área digital cómo
en el área analógica, lo cual se ve reflejado en términos de espacio y
en costos de mantenimiento del laboratorio.
Reduce la cantidad de equipo de laboratorio externo, es decir, fuentes
de voltaje, osciloscopios, generadores de funciones, por mencionar
algunos.
1.2 La importancia del uso de laboratorios para experimentar
La importancia de los laboratorios tanto en la enseñanza de las ciencias
como en la investigación y en la industria es, sin duda alguna, indiscutible. No se
puede negar que el trabajo práctico en laboratorio proporciona la experimentación,
el descubrimiento, y evita el concepto de “resultado correcto” que se tiene cuando
se aprende de manera teórica, es decir, sólo con los datos procedentes de los
libros. Sin embargo, el uso de laboratorios requiere de tiempo adicional al de una
clase convencional, por ejemplo, para descubrir y aprender de los propios errores.
En términos generales, un laboratorio es un lugar equipado con diversos
instrumentos de medición, entre otros, donde se realizan experimentos o
investigaciones diversas, según la rama de la ciencia a la que se enfoque. Dichos
espacios se utilizan tanto en el ámbito académico como en la industria y
responden a múltiples propósitos, de acuerdo con su uso y resultados finales, sea
para la enseñanza, para la investigación o para la certificación en la industria.
Guadalupe Lugo [5].
Por lo regular algunas de las ramas de las ciencias naturales se desarrollan
y progresan gracias a los resultados de la experimentación que se obtienen en los
laboratorios. Por su parte, en el área de la industria, éstos, se emplean para
probar, verificar y certificar productos, puesto que, los laboratorios del sector
industrial son más especializados y cubren un amplio abanico de aplicaciones con
el propósito de asegurar un control, lograr un aseguramiento de calidad y permitir
mejorar la calidad de sus productos.
En la formación académica las prácticas de laboratorio se utilizan como
herramientas de enseñanza para reafirmar los conocimientos adquiridos en el
proceso enseñanza-aprendizaje. Cabe destacar que éstas, permiten mostrar el
fenómeno y comportamiento de ciertos procesos, mientras que, en el terreno de la
Raúl Edmundo Vásquez Xel
5
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
investigación, permiten avanzar al estado del conocimiento y realizar investigación
de punta. La experiencia en laboratorio también brinda la valiosa oportunidad para
que los estudiantes desarrollen habilidades de comunicación tanto oral como
escrita, liderazgo y cooperación. Y una vez saliendo de las universidades sean
capaces de afrontar y resolver problemas que se les presenten cuando se
encuentren en el mundo laboral. En los laboratorios de ambos sectores, las
prácticas aportan parte del método científico, validan la teoría y permiten la
simulación por computadora.
En el área de ingeniería, un laboratorio bien equipado es una valiosa
herramienta que contribuye a reforzar la enseñanza, y en el que los alumnos
puedan lograr una mayor comprensión difícil de lograr por otros medios. En este
espacio los alumnos pueden verificar el modelo, validar y limitar suposiciones, y
predecir rendimientos.
1.3 Descripción de la Plataforma NI ELVIS II y de los Instrumentos
Virtuales
A continuación se explica cómo se debe conectar la plataforma, para
empezar a utilizarla (ver la figura 1.2):
1.
2.
3.
4.
Conectar el cable USB de la estación de trabajo, a la computadora.
Conectar la fuente de alimentación AC/DC, a la estación de trabajo.
Conectar el suministro de alimentación a una toma de corriente.
Encender el interruptor de alimentación de la estación de trabajo, que
se localiza en la parte trasera.
1. Computadora
4. Protoboard del NI ELVIS
2. Cable USB
5. fuente de alimentación AC/DC
3. Estación de Trabajo del NI ELVIS 6. Cable que va a la toma de corriente
Figura 1.2. Sistema típico de la plataforma NI ELVIS II.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
6
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
El panel posterior de la estación de trabajo tiene los siguientes componentes
(ver la Figura 1.3):
1. Interruptor de encendido de la Plataforma: Éste se utiliza para encender o
apagar la plataforma NI ELVIS II.
2. Conexión de alimentación de AC/DC.
3. Puerto USB: se emplea para conectar la estación de trabajo a una
computadora.
4. Ranura para sujetar los cables. Se utiliza para sujetar los cables a la
estación de trabajo y no haya riesgo de que se enreden o desconecten.
5. Conector de cable de seguridad Kensington, se emplea para asegurar la
estación de trabajo a un objeto estacionario.
Figura 1.3. Vista posterior de NI ELVIS II.
La estación de trabajo proporciona una gran variedad de funciones que a
continuación se explican (ver la figura 1.4):
Contiene siete “Entadas/Salidas” analógicas configurables.
Contiene veinticuatro “E/S” digitales configurables.
Interruptor de alimentación, del protoboard.
Botones de control, para regular el voltaje de la fuente de poder
variable.
5. Incluye ocho Led’s.
6. Botones para variar la frecuencia y amplitud del generador de
funciones.
7. Conector de puerto serial D-SUB.
8. “E/S” configurables del conector D-SUB, “E/S” configurables de los
led’s y fuente de poder DC.
9. Multímetro Digital, Generador de funciones, fuente de poder variable
y fuente de poder DC.
10. Incluye dos terminales de tornillo, las cuales se pueden configurar
como “E/S”.
11. Incluye dos conectores BNC, los cuales pueden configurarse como
“E/S”.
12. Clavijas estilo-banana del multímetro.
1.
2.
3.
4.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
7
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
13. Conectores BNC del osciloscopio.
14. Conectores BNC del generador de funciones.
15. Clavijas estilo-banana configurables como “E/S”.
Figura 1.4. Estación de Trabajo del NI ELVIS II.
 NI ELVISmx Instrument Launcher
El programa NI ELVISmx Instrument Launcher que se muestra en la figura
1.5, trae incluidos los instrumentos virtuales, los cuales se describen enseguida.
Para ejecutar este programa, se busca el lanzador en la siguiente ruta: Inicio
»Todos los programa» National Instruments »NI ELVISmx for NI ELVIS & NI
myDAQ » NI ELVISmx Instrument Launcher.
Figura 1.5. NI ELVISmx Instrument Launcher.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
8
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
 Generador de Funciones (FGEN)
Antes que nada, para utilizar el generador de funciones, se debe conectar
un cable BNC en la plataforma NI ELVIS II, donde se localiza la entrada FGEN o
también se puede colocar un cable en el protoboard (véase la figura 1.6 inciso a),
después se selecciona el FGEN del NI ELVISmx Instrument Launcher.
A continuación se describe éste instrumento virtual (ver la figura 1.6 inciso b):
1.
2.
3.
4.
Botón de ajuste de forma de onda.
Ajuste de Frecuencia
Ajuste de amplitud
Ajusta si la señal va a ser enviada mediante el cable BNC o el
protoboard.
5. Si se habilita esta casilla, la señal se regula por los botones de control
que están en la parte derecha del protoboard.
a) Conexión en el NI ELVIS II.
b) Ajustes.
Figura 1.6. Generador de Funciones.
 Osciloscopio (Scope)
Para el uso del osciloscopio, se conecta un cable BNC en Scope CH0/CH1
o también se puede conectar en el protoboard (véase fig. 1.7 inciso a) a cualquier
señal que se quiera medir, o se puede conectar directamente al generador de
funciones, luego se selecciona el instrumento de osciloscopio (scope) en el NI
ELVISmx Instrument Launcher, líneas abajo se describen los ajustes que se
pueden realizar, ver la figura 1.7 inciso b:
Raúl Edmundo Vásquez Xel
9
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
1.
2.
3.
4.
Ajusta en que parte de la plataforma se va a recibir la señal.
Este apartado es para habilitar uno o ambos canales.
Escala de Volts/División de la cuadricula de la pantalla.
Ajuste del Tiempo/división.
a) Conexión en el NI ELVIS II.
b) Ajustes.
Figura 1.7. Ajustes del Osciloscopio.
 Multímetro Digital (DMM):
Como utilizar el Multímetro Digital (DMM):
1. Conectar dos cables con conexión tipo-banana al multímetro digital DMM
en la estación de trabajo donde se localizan las entradas [VΩ] y [COM]
(véase la figura 1.8 inciso a), el otro extremo de los cables se conectan al
dispositivo que se quiera medir.
2. Hacer clic en el icono del multímetro en el NI ELVISmx Instrument
Launcher que se muestra en la figura 1.8 b). Después se selecciona el
tipo de variable que se quiera medir (voltaje, corriente, resistencia, etc.),
el instrumento se puede ocupar para medir en Auto-rango o elegir una
determinada escala.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
10
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
a) Conexión en el NI ELVIS II.
b) Ajustes.
Figura 1.8. Multímetro Digital.
 Lector Digital (DigIn)
El instrumento virtual que lleva por nombre Lector Digital (DigIn), se
muestra en la figura 1.9. Este instrumento se ocupa para realizar las prácticas
incluidas en este manual, dado que puede leer hasta ocho bits en código binario.
Las entradas de datos del instrumento se localizan en el protoboard (véase la
figura 1.10 inciso a), de las 24 terminales digitales incluidas con la estación de
trabajo, este instrumento ocupa sólo 8 terminales, las cuales se seleccionan en el
apartado “Lines to Read” y así, lea correctamente los bits que reciba.
Figura 1.9. Lector Digital.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
11
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
 Escritor Digital (DigOut)
El instrumento virtual de escritura digital (DigOut) se ocupa en la
elaboración de las prácticas incluidas en este manual, ya que puede mandar
señales digitales de ocho bits en código binario. Al igual que el instrumento
anterior, el DigOut tiene las terminales en el protoboard (véase la figura 1.10 inciso
a), porque éstas se pueden ocupar tanto como entradas o como salidas, por esta
razón, las 24 conexiones se dividen en tres rangos los cuales son: 0 - 7, 8 - 15 y
16 - 23. Para utilizar este instrumento se debe dar clic en el icono del escritor
digital en el NI ELVISmx Instrument Launcher, los ajustes que se le pueden hacer
a este instrumento se describen a continuación y se ilustran en la figura 1.10 b):
1. Aquí se escoge cual rango de líneas se va a ocupar para escribir datos.
2. Este apartado es para escoger el patrón, si se hacen manual o
automático y van del 0 al 255 en código binario.
3. Aquí se puede introducir el número sin necesidad de mover los botones.
a) Conexión en el NI ELVIS II.
b) Ajustes.
Figura 1.10. Instrumento Virtual de escritura digital (DigOut).
Raúl Edmundo Vásquez Xel
12
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
CAPÍTULO 2
Prácticas con Circuitos Combinacionales
2.1 Antecedentes
A mediados del siglo XIX se propone que las proposiciones lógicas (frases
o predicados de la lógica clásica) son aquellas que únicamente pueden tomar
valores Verdadero/Falso, o preguntas cuyas únicas respuestas posibles sean
Si/No.
Según George Boole citado por Thomas Bartee, afirma que “las
proposiciones lógicas pueden ser representadas mediante símbolos y la teoría que
permite trabajar con estos símbolos, sus entradas (variables) y sus salidas
(respuestas), es la Lógica Simbólica” [6].
Dicha lógica simbólica cuenta con operaciones lógicas que siguen el
comportamiento de reglas algebraicas. Por ello, al conjunto de reglas de la Lógica
Simbólica se le denomina ÁLGEBRA DE BOOLE.
El álgebra booleana, estudiada por primera vez a detalle por George Boole,
constituye un área de las matemáticas que han pasado a ocupar un lugar
prominente con la llegada de la computadora digital. Este tipo de algebra es usada
ampliamente en el diseño de circuitos de control y computadoras, y sus
aplicaciones van en aumento en muchas otras áreas. Como en el nivel de lógica
digital de una computadora, lo que comúnmente se llama hardware y que está
conformado por los componentes electrónicos de la máquina, se trabaja con
diferencias de tensión, las cuales generan funciones que son calculadas por los
circuitos que forman el nivel. Morris Mano [7].
Un circuito combinacional es un sistema que contiene operaciones
booleanas básicas (AND, OR, NOT), algunas entradas y un juego de salidas, a
cada una de ellas corresponde una función lógica individual, un circuito
combinacional a menudo implementa varias funciones booleanas diferentes, es
importante recordar que cada salida representa una función booleana diferente.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
13
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.2 Práctica No. 1: Decodificador de 3 líneas de entrada a 8 líneas
de salida
2.2.1 Introducción
El decodificador es un dispositivo que acepta una señal de entrada digital
codificada en binario y en respuesta a ello activa una salida. Este dispositivo tiene
varias salidas, y se activará aquella que establezca el código aplicado a la
entrada.
“Un código de ‘n’ bits es capaz de representar hasta 2n elementos distintos
de información codificada. Por lo tanto, un decodificador es un circuito
combinacional que convierte información binaria de ‘n’ líneas de entradas a un
máximo de 2n líneas únicas de salida”. Ronald Tocci [8].
El decodificador de 3 a 8 líneas activa una sola de las 8 líneas de salida de
acuerdo con el código binario presente en las 3 líneas de entrada. Las salidas son
mutuamente exclusivas ya que solamente una de las salidas es igual a 1 en
cualquier momento. El circuito lógico del decodificador de 3 a 8 líneas se
representa en la figura 2.1.
Figura 2.1. Diagrama lógico del decodificador 3 a 8 líneas.
Entradas
X
y
Z
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
D0
1
0
0
0
0
0
0
0
D1
0
1
0
0
0
0
0
0
D2
0
0
1
0
0
0
0
0
Salidas
D3 D4
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
D5
0
0
0
0
0
1
0
0
D6
0
0
0
0
0
0
1
0
D7
0
0
0
0
0
0
0
1
Tabla 2.1. Tabla de verdad del decodificador 3 a 8 líneas.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
14
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.2.2 Objetivos de aprendizaje



Comprender el funcionamiento de un decodificador.
Construir un decodificador 3 a 8 líneas y verificar su funcionamiento.
Desarrollar la práctica en la plataforma del NI ELVIS II.
2.2.3 Material




Compuertas digitales AND (74LS11).
Compuertas digitales NOT (74LS4).
Plataforma NI ELVIS II.
Cable y pinzas.
2.2.4 Desarrollo de la práctica
1. Realizar los mapas de Karnaugh.
2. Consultar las hojas de datos de las compuertas NOT y AND para saber la
configuración interna de cada circuito integrado.
3. Después de obtener el diseño del circuito, simular en Multisim, de esta
forma se puede corroborar que el circuito funcione (ver figura 2.2).
4. Construir el circuito de la figura 2.1, en el protoboard del NI ELVIS II.
5. Conectar los pines DIO-0 al DIO-2 como entradas y los pines DIO-8 al
DIO-15 como salidas, que se localizan en la parte derecha del protoboard
de la plataforma NI ELVIS II.
6. Conectar las salidas de cada función a los pines de los led’s que trae
integrados el protoboard (véase la figura 2.3).
7. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra, de las compuertas digitales.
Figura 2.2. Simulación del decodificador.
8. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
9. Abrir el instrumento virtual DigOut; en el apartado de “Lines to Write”
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 2.5 inciso a).
10. Abrir el instrumento virtual DigIn; en el apartado de “Lines to Write”
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 2.5 inciso b).
Raúl Edmundo Vásquez Xel
15
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
11. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
verificar las salidas con la tabla 2.1, para saber si realiza el funcionamiento
correcto del decodificador.
Figura 2.3. Implementación de la práctica en el NI ELVIS.
2.2.5 Resultados

Como se muestra en la tabla 2.1 el decodificador tiene 8 salidas, por lo
tanto es necesario dibujar ocho mapas de Karnaugh para simplificar cada
una de las funciones de salida como se muestra en la figura 2.4.
Figura 2.4. Mapas de Karnaugh del decodificador.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
16
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II

Al momento de ejecutar los instrumentos virtuales se obtienen las
siguientes mediciones: Cuando el Escritor Digital (DigOut), manda un dos
en código binario (010), como se muestra en el inciso a) de la figura 2.5, la
señal pasa de la computadora al circuito, el cual decodifica la señal (en este
caso la señal resultante activa la salida “D2”) y se manda a la computadora
para que se visualice mediante el Lector Digital (véase la figura 2.5 inciso
b).
X Y Z
… D3 D2 D1 D 0
a) DigOut.
b) DigIn
Figura 2.5. Instrumentos Virtuales a la hora de realizar pruebas del decodificador.
 Comentarios
-
-
Al realizar prácticas con esta plataforma, se deja de emplear
material, ya que no se ocupan led’s, resistencias y dipswich. Dado
que el NI ELVIS II cuenta con todos los instrumentos necesarios para
realizar cualquier práctica digital.
Para evitar todo el procedimiento de realizar los mapas de karnaugh,
se dibuja sólo uno, para darnos una idea de como serán los demás y
así reducir la función para cada término por separado. La reducción
de cada término da como resultado la equivalencia entre cada
minitérmino de entrada y la salida: por ejemplo, la entrada 110 (6)
activará la salida D6; en el circuito, el minitérmino corresponderá a
una compuerta AND de tres entradas con las variables x·y·z’ como
entradas. De manera similar se construye el circuito para el resto de
entradas.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
17
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.3 Práctica No. 2: Convertidor de código BCD a exceso 3
2.3.1 Introducción
Un convertidor de código es un circuito que hace dos sistemas compatibles
aun cuando cada uno use un código binario diferente, ya que algunas veces es
necesario usar la salida de un sistema como la entrada a otro.
Para procesar los datos de un sistema A y convertirlos a un sistema B
codificado, es necesario utilizar la salida del sistema A y conectarla mediante una
interfaz a otro sistema digital que será el encargado de codificarla. En este caso,
un circuito de conversión deberá situarse como interfaz entre dos o más sistemas,
para que sirva de intérprete o traductor, sí cada uno de los sistemas
interconectados por la interfaz maneja diferentes códigos a la hora de procesar la
información.
El código BCD (Código Decimal a Binario), representa un número decimal
a su equivalente en binario.
Código Exceso 3: se relaciona con el código BCD y en algunas ocasiones
se utiliza en su lugar, debido a que posee ciertas ventajas en operaciones
aritméticas. Ejemplo de ellas son las operaciones con punto flotante.
Decimal
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
Código
BCD
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
Código
Exceso 3
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
Tabla 2.2. Representación de los códigos BCB y Exceso -3.
La numeración en BCD y el exceso 3 se enlistan en la Tabla 2.2 [9]. A razón
de que cada código usa cuatro bits para representar un dígito decimal, debe haber
cuatro variables de entrada y cuatro variables de salida. Es conveniente designar
las cuatro variables binarias de entrada mediante los símbolos A, B, C y D, y las
cuatro variables de salida con w, x, y y z.
En esta práctica se pretende realizar un convertidor de código, la tabla de
verdad del convertidor de código BCD a Exceso 3 que relaciona las variables de
entrada con las salidas, se muestra en la Tabla 2.3.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
18
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Entradas
BCD
B
C
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Salida
Código exceso 3
w
x
y
z
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
Tabla 2.3. Tabla de verdad del convertidor de código.
2.3.2 Objetivos de aprendizaje



Diseñar un convertidor de código.
Realizar los mapas de Karnaugh para generar las salidas del circuito.
Implementar la práctica del convertidor de código en el NI ELVIS II.
2.3.3 Material





Plataforma NI ELVIS II.
Compuertas digitales AND (74LS08).
Compuertas digitales NOT (74LS04).
Compuertas digitales OR (74LS32).
Cable y pinzas.
2.3.4 Desarrollo de la práctica
1. Realizar los mapas de Karnaugh y el diseño del diagrama lógico.
2. Después de obtener el diseño del convertidor de código, simular el circuito
en Multisim, como se muestra en la figura 2.6.
Figura 2.6. Simulación del convertidor de código.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
19
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3. Consultar las hojas de datos de las compuertas OR, NOT y AND para saber
la configuración de cada uno de los circuitos integrados.
4. Construir el circuito de la figura 2.9, en el protoboard del NI ELVIS II.
5. Conectar las entradas del pin DIO 0 al DIO 3 y las salidas del pin DIO 8 al
DIO 11 en el protoboard (ver figura 2.7).
Figura 2.7. Implementación del convertidor de código.
6. Conectar los pines de las compuertas digitales Vcc a 5V y GND a tierra.
7. Conectar las salidas de cada función a los pines de los led’s que trae
integrados el protoboard.
8. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
9. Abrir el instrumento virtual DigOut; en el apartado de “Lines to Write”
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 2.10).
10. Abrir el instrumento virtual DigIn; en el apartado de “Lines to Write”
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 2.10).
11. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
verificar las salidas con la tabla de verdad del convertidor de código.
2.3.5 Resultados

En la figura 2.8 se muestran las ecuaciones lógicas y los mapas obtenidos,
cabe señalar que en un sistema con cuatro variables lógicas se tienen
dieciséis combinaciones de bits de las cuales sólo se enlistan diez en la
tabla de verdad y restan seis combinaciones que el convertidor no ocupa.
“A las variables de entrada que no se toman en cuenta dan como resultado
una salida que no importa y se tiene la libertad de asignar ‘X’ a las
variables de salida en la tabla de verdad y en los mapas Karnaugh pueden
ser tratados como cuando se requieran utilizar” [10].
Raúl Edmundo Vásquez Xel
20
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 2.8. Mapas para un convertidor BCD a Exceso -3.

Una vez que se obtienen las funciones de salidas, se construye el diagrama
lógico de la figura 2.9.
Figura 2.9. Diagrama lógico del convertidor de código.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
21
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II

En la figura 2.10 se muestran las pruebas realizadas al convertidor de
código, con los instrumentos virtuales del NI ELVIS II. En el inciso a, se
muestra al Escritor Digital (DigOut), que envía un nueve en código binario
(1001) y en el inciso b, se muestra al Lector Digital (DigIn), el cual notifica
que el circuito convirtió la señal en código exceso 3 (1100).
A B C
D
w x y z
a) DigOut.
b) DigIn.
Figura 2.10. Pruebas del convertidor de código con NI ELVISmx.
 Comentarios
-
-
En esta práctica se pondrán a prueba los conocimientos adquiridos
del alumno, sobre la realización de mapas de Karnaugh y diagramas
lógicos, también se aprenderá sobre los diferentes códigos
decimales que existen en la electrónica digital.
En el desarrollo de la práctica, no se aclara, que para saber cuál
número binario recibe el protoboard, se pueden conectar led’s a las
entradas del instrumento virtual DigOut. Esto sólo se realiza si se
quiere ver físicamente en el protoboard, ya que éste instrumento
tiene led’s virtuales.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
22
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.4 Lógica Combinacional con MSI (Integración a media escala) y
LSI (Integración a gran escala)
2.4.1 Antecedentes
El propósito de la simplificación de las funciones de Boole es obtener una
expresión algebraica, que al momento de desarrollarla nos resulten pocos circuitos
integrados o un solo circuito de bajo costo, sin embargo, el criterio que determina
un circuito de bajo costo, es que define si logrará el éxito de la función algebraica
que se simplificó. Las escalas de Circuitos Integrados que aquí vamos a tratar son
las siguientes:


MSI: Escala que comprende todos aquellos circuitos integrados cuyo
número de compuertas oscila entre 12 y 100 compuertas. Es común en
sumadores, multiplexores, etc.
LSI: A esta escala pertenecen todos aquellos circuitos integrados que
contienen de entre cien a mil compuertas lógicas. Estos integrados
realizan una función completa, como es el caso de las operaciones
esenciales de una calculadora o el almacenamiento de gran cantidad de
bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la
construcción del microprocesador.
El esfuerzo de la industria electrónica en la miniaturización de sus equipos
se ha visto compensado ampliamente con el descubrimiento de los circuitos
integrados, en los que se ha conseguido construir miles de componentes dentro
de la misma cápsula, cuyas dimensiones son similares a las de un simple
transistor [11]. La enorme reducción de volumen en gran parte de los dispositivos
electrónicos, no ha sido la única ventaja por la que los circuitos integrados se han
hecho indispensables en muchas industrias de vanguardia (militar, aeroespacial,
medicina, etc.), aparte de las que se reseñan a continuación:

Reducción de costos: Al realizar un proyecto o práctica relacionada con
los circuitos digitales, ya no se tendrán que ocupar muchas compuertas
digitales, sino que sólo se tendrá que ocupar un Circuito Integrado, esto
genera un diseño más compacto y disminuye el costo de los materiales.
 Aumento considerable de la fiabilidad: Un circuito integrado tiene una
fiabilidad, en cuanto a funcionamiento y duración mucho mayor que otro
circuito similar implementado con varios componentes, porque en este
último caso la fiabilidad depende de cada uno de los componentes que
lo forman.
 Menos cableado al realizar un circuito electrónico, puesto que para usar
los circuitos MSI sólo requiere que se le conecten entradas y salidas; la
función lógica que realizan estos circuitos integrados ya está conectada
en su interior.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
23
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
El avance del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar
simultáneamente en un mismo dispositivo un número determinado de compuertas
digitales entre sí, que realizan una función concreta. Así, a principio de los años
sesenta apareció el circuito integrado, que realiza funciones digitales específicas
comúnmente usadas en un gran número de áreas, como por ejemplo: en el diseño
de sistemas de computadoras digitales.
Los circuitos combinacionales comercializados en circuitos integrados MSI y
LSI se clasifican dentro de los siguientes grupos:
-
Circuitos aritméticos (sumadores, restadores y comparadores).
Generadores de paridad.
Multiplexores y demultiplexores.
Codificadores y decodificadores.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
24
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.5 Práctica No. 3: Comparador de magnitud de 4 bits con
Circuitos Integrados MSI
2.5.1 Introducción
La comparación de dos números es una operación que determina si uno de
ellos es mayor, menor o igual a otro. Los comparadores pueden ser de identidad o
de magnitud.
El comparador de identidad es un sistema combinacional de una salida que
se activa si los dos datos aplicados en sus entradas son idénticos bit a bit.
“Un comparador de magnitud básico es un circuito combinacional que
compara dos números, A y B, y determina sus magnitudes relativas. La salida de
la comparación se especifica por tres variables binarias que indican si A>B, A=B,
A<B” [12].
Su diagrama a bloques y tabla de funcionamiento se muestra en la figura
2.11. Existen comparadores de 4 bits y de 8 bits.
Figura 2.11. Diagrama y tabla de funcionamiento del comparador de magnitud básico.
2.5.2 Objetivos de aprendizaje



Conocer el funcionamiento del comparador de magnitud de 4 bits.
Simular el circuito MSI en el software Multisim.
Construir el circuito en la plataforma NI ELVIS II.
2.5.3 Material



Plataforma NI ELVIS II.
Comparador de magnitud (CI 74LS85).
Cable y pinzas.
2.5.4 Desarrollo de la práctica
1. Buscar circuitos integrados MSI (mediana escala), que tengan la función de
un comparador de magnitud.
2. Consultar la hoja de datos del circuito integrado seleccionado (en esta
práctica se ocupará el CI 74LS85), para saber como es el diagrama lógico
de un comparador de magnitud, cuáles pines se ocupan para los bits del
dato “A” y cuáles para los bits del dato “B” de dicho circuito integrado.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
25
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3. Simular en Multisim el comparador de magnitud 74LS85, para realizar la
simulación se debe conectar un instrumento virtual DigOut como entradas
del dato A y conectar otro DigOut como entradas del dato B, en las salidas
se ocupa un instrumento virtual DigIn (véase la figura 2.12).
Figura 2.12. Simulación del comparador de magnitud con el CI 74LS85.
4. Construir el comparador de magnitud, en el protoboard del NI ELVIS II.
5. Conectar el CI en el protoboard de la siguiente manera (ver figura 2.13):
a) Conectar las entradas del dato A del CI 74LS85 en el protoboard, del
pin DIO 0 al pin DIO 3.
b) Conectar las entradas del dato B del CI74LS85 en el protoboard, del
pin DIO 4 al pin DIO 7.
c) Conectar las salidas del CI en el protoboard del pin DIO 9 al DIO 11.
6. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra de CI 74LS85.
7. Conectar las salidas del CI a los pines de los led's del protoboard.
Figura 2.13. Implementación de la práctica en la plataforma NI ELVIS.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
26
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
8. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
9. Abrir el instrumento virtual DigOut; en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 2.14 inciso a).
10. Abrir el instrumento virtual DigIn; en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 2.14 inciso b).
11. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
probar el funcionamiento del comparador de magnitud con la tabla de
funcionamiento de la figura 2.11.
2.5.5 Resultados
 De la hoja de datos del CI 74LS85 se obtiene el diagrama lógico que se

simula en el software Multisim como se muestra en la figura 2.15, dando de
esta forma un ejemplo de cuanto tiempo se lleva armando y cuanto espacio
llegaría a ocupar si se construyera con todas las compuertas requeridas.
En la figura 2.14 se muestran las pruebas que se le realizaron a la práctica
con los instrumentos virtuales del NI ELVIS II. En el inciso a, de esta figura
se ilustra al Escritor Digital (DigOut), el cual envía los bits (0010) para el
dato A y los bits (0110) para el dato B, cuando la señal pasa al circuito la
compara para determinar que dato es mayor o si es igual, visualizándose
en el Lector Digital (DigOut) del inciso b.
a) DigOut.
b) DigIn.
Figura 2.14. Pruebas del comparador de magnitud.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
27
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 2.15. Simulación del diagrama lógico del comparador de magnitud.
 Comentarios
-
-
-
En esta práctica se utiliza un circuito MSI (integración a media
escala), ya que al emplear este tipo de circuito disminuye el tiempo
de trabajo y baja el costo de la práctica, pues se requiere sólo un
circuito integrado, en lugar de ocupar 29 compuertas digitales como
se muestra en la figura 2.15.
En dicha figura se muestran los materiales que se deben de adquirir,
en caso de no utilizar el NI ELVIS II, para conectar las entradas y
salidas del circuito, es necesario comprar los siguientes materiales:
 2 DipSwitch.
 12 resistencias de (220Ω).
 Led’s tanto para las entradas como para las salidas.
En esta práctica se observa que el ocupar la plataforma NI ELVIS II,
nos ahorramos tiempo al armar la práctica y nos evita de comprar
material.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
28
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.6 Práctica No. 4: Multiplexor cuádruple de 2 a 1 línea de salida
2.6.1 Introducción
Multiplexar es pasar información de varios canales o líneas a unos cuantos.
El multiplexor (MUX) es un circuito combinacional que tiene la función de
recibir varias entradas y solo tener una salida, también es capaz de tener entradas
de control, en donde se puede seleccionar cuál entrada será ocupada, para
permitir su transmisión a la salida. Posee por tanto, n entradas de selección, para
2n entrada de datos, proporcionando, generalmente, dos salidas: una para el dato
directo y otra para el dato negado [13].
En la figura 2.16 se ilustra el esquema de un multiplexor, que puede ser
comparado con un conmutador controlado por la entrada de selección.
Figura 2.16. Esquema de un multiplexor.
El multiplexor es una función MSI (integración a media escala) muy útil y
tiene multitud de aplicaciones, como por ejemplo se utiliza para conectar dos o
más fuentes a un sólo destino entre unidades de computadoras, y es eficaz para
construir un sistema de bus común.
En esta práctica se va a realizar un multiplexor cuádruple de 2 entradas (A y
B) de 4 bits cada una, a 1 línea de salida de 4 bits, además, cuenta con una línea
de selección de entrada “S”, que selecciona cuál entrada queremos ocupar si A o
B y con una entrada de habilitación “E”, que debe estar activa para que el
funcionamiento sea normal. Por ejemplo: podemos escoger que la salida Y0
provenga de la entrada A0 o bien de B0; de igual manera la salida Y1 podría tener
el valor de A1 ó B1 y así sucesivamente.
2.6.2 Objetivos de aprendizaje



Comprender el funcionamiento de un multiplexor.
Analizar el funcionamiento del circuito integrado 74LS157 y ocuparlo para
desarrollar la práctica.
Simular e implementar la práctica en la plataforma NI ELVIS II.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
29
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.6.3 Material





Plataforma NI ELVIS II.
Circuito Integrado 74LS157 (multiplexor cuádruple).
1 Dipswitch.
2 resistencias de 220Ω.
Cable y pinzas.
2.6.4 Desarrollo de la práctica
1. Investigar circuitos integrados MSI (mediana escala), que tengan la función
de multiplexor cuádruple de 2 a 1 línea de salida.
2. Consultar la hoja de datos del circuito integrado seleccionado (en esta
práctica se ocupará el CI 74LS157), para saber cómo es el diagrama lógico
de un multiplexor, cuáles pines se ocupan para las entradas del dato “A”,
cuáles para las entradas del dato “B” de dicho circuito integrado y conocer
la tabla de función.
Figura 2.17. Simulación del Circuito Multiplexor.
3. Simular en Multisim el multiplexor 74LS157, para realizar la simulación se
debe conectar un instrumento virtual DigOut como entradas del dato A y
entradas del dato B, en las salidas se ocupa un instrumento virtual DigIn
(véase la figura 2.17).
4. Construir el multiplexor, en el protoboard del NI ELVIS II.
5. Conectar el CI en el protoboard de la siguiente manera (ver figura 2.18):
a) Conectar los bits de entradas del dato A del multiplexor al protoboard
del pin DIO 0 al pin DIO 3.
b) Conectar los bits de entradas del dato B del circuito al protoboard del
pin DIO 4 al pin DIO 7.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
30
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
c) Conectar los bits de salidas al protoboard del pin DIO 8 al DIO 11.
d) Conectar las entradas de selección “S” y habilitación “E” del
multiplexor al dipswitch.
6. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra del CI 74LS157.
7. Conectar las salidas del multiplexor a los pines de los led's del protoboard.
Figura 2.18. Implementación del circuito en la plataforma NI ELVIS II.
8. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
9. Abrir el instrumento virtual DigOut y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 2.19 inciso a).
10. Abrir el instrumento virtual DigIn y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 2.19 inciso b).
11. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
verificar las salidas con la tabla de funcionamiento que se localiza en la hoja
de datos del CI 74LS157 y que se ilustra en la Tabla 2.4.
E
S
Salida (Y)
1
X
Todos 0
0
0
Selección A
0
1
Selección B
Tabla 2.4. Tabla de función del multiplexor cuádruple.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
31
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
2.6.5 Resultados

En la figura 2.19 se muestran las pruebas que se realizaron a la práctica
con los instrumentos virtuales del NI ELVIS II con el siguiente orden:
primero se habilitó el multiplexor con el dipswuitch, después selecciono cuál
dato (A o B) se quiere mandar a la salida, una vez hecho esto se enviaron
los bits (0001) del dato A con el escritor digital (véase la figura 2.19 inciso a)
y el Lector Digital mostró los mismos bits, a la salida (véase la figura 2.19
inciso b).
A/B
A
B
a) DigOut.
b) Digin.
Figura 2.19. Pruebas del multiplexor con el programa NI ELVIsmx.
 Comentarios
-
-
En esta práctica se tuvo que usar el mismo instrumento virtual para ingresar
los bits de los datos A y B, ya que un instrumento se puede ocupar una sola
vez cuando se ejecuta.
Al igual que la práctica anterior se pueden o no, colocar los led’s externos
para ver que señal se envía al protoboard como se ilustra en la figura 2.18.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
32
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
CAPÍTULO 3
Prácticas con Lógica Digital Secuencial
3.1 Antecedentes
Según Thomas Bartee:
A mediados del siglo XX el álgebra Booleana resultó de una gran
importancia práctica, importancia que se ha ido incrementando hasta nuestros
días, en el manejo de información digital (por eso hablamos de Lógica Digital),
gracias a ella, Shannon pudo formular su teoría de la codificación y John Von
Neumann pudo enunciar el modelo de arquitectura que define la estructura interna
de las computadoras desde la primera generación [14].
Un circuito cuya salida depende no sólo de la combinación de entrada, sino
también de la historia de las entradas anteriores se denomina Circuito Secuencial.
A diferencia de los circuitos lógicos combinacionales, los circuitos
secuenciales tienen memoria, además pueden reflejar en su salida el efecto de
una señal de entrada que hubo segundos o días antes.
La historia de las entradas anteriores en un momento dado se encuentra
resumida en el estado del circuito, el cual se expresa en un conjunto de variables
de estado. Los circuitos secuenciales también se llaman Máquinas de estado
Finito (FSM). El nombre proviene del hecho de que el comportamiento funcional
de estos circuitos puede representarse mediante un número de estados finitos.
Como puede verse entonces, en los circuitos secuenciales entra un factor
que no se había considerado en los combinacionales, dicho factor es el tiempo. De
hecho, hay dos tipos principales de circuitos secuenciales y su clasificación
depende de los tiempos de sus señales. Un circuito secuencial síncrono es un
sistema cuyo comportamiento se define conociendo sus señales en instantes
discretos. El comportamiento de un circuito secuencial asíncrono depende de las
señales de entrada en cualquier instante dado y del orden en que cambian las
entradas. Morris, Mano [15].
Raúl Edmundo Vásquez Xel
33
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.2 Práctica No. 5: Tipos de FLIP-FLOPS
3.2.1 Introducción
El circuito secuencial debe ser capaz de mantener su estado durante algún
tiempo, para ello se hace necesario el uso de dispositivos de memoria. Los
dispositivos de memoria utilizados en circuitos secuenciales pueden ser tan
sencillos como un simple retardador (inclusive, se puede usar el retardo natural
asociado a las compuertas lógicas) o tan complejos como un circuito completo de
memoria denominado multivibrador biestable (por tener dos estados estables alto
y bajo) o Flip-Flops.
Los circuitos Flip-Flops desempeñan un papel muy importante en la
electrónica digital. Aunque existen varias clases de Flip-Flops, todos tienen por
finalidad primordial almacenar un bit binario, representado por un estado lógico,
alto o bajo.
En esta práctica se van a desarrollar los Flip-Flop RS, Flip-Flop D, Flip-Flop
JK y Flip-Flop T, los cuales se explican a continuación:
Flip-Flop RS: Este tipo de Flip-Flop puede mantener un estado, ya sea bajo
o alto, en forma indefinida, hasta que reciba otra señal de entrada que cambie al
circuito. Cuenta con dos entradas, ajustar (set) y restaurar (reset), además de
tener dos salidas, una para el estado normal (Q) y otra para el estado
complementario (Q’). Al momento de aplicarle un pulso de un reloj (CP), el estado
del Flip-Flop cambia. En la figura 3.1 inciso a, se muestra el diagrama lógico del
Flip-Flop y en la figura 3.2 inciso b, se muestra la tabla de función de este circuito.
a) Diagrama Lógico.
CP
S
R
Q(t + 1)
0
X
X
Sin cambio
1
0
0
Sin cambio
1
0
1
Q=0; estado restablecido
1
1
0
Q=1; estado establecido
1
1
1
Indeterminado
b) Tabla de Función.
Figura 3.1. Flip-Flop RS con reloj.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
34
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Flip-Flop D: Una forma de eliminar la condición indeseable del estado
indeterminado en el Flip-Flop RS es garantizar que las entradas S y R nunca sean
1 al mismo tiempo. Esto se hace en el Flip-Flop D que se ilustra en la figura 3.2
inciso a, este Flip-Flop sólo tiene dos entradas: D (datos) y C (pulsos de reloj).
El Flip-Flop D se llama así por su capacidad para almacenar datos en su
interior. Es adecuado para almacenar temporalmente información binaria entre
una unidad y su entorno. En ocasiones se denomina seguro-D, ya que si la
entrada C no está habilitada, no se puede introducir información al Flip-Flop como
se indica en la tabla de función de la figura 3.2 inciso b.
C
D
Q(t + 1)
0
X
Sin cambio
1
0
Q=0; estado restablecido
1
1
Q=1; estado establecido
a) Diagrama Lógico.
b) Tabla de Función.
Figura 3.2. Flip-Flop D.
Flip-Flop JK: Las entradas J y K se comportan como las entradas S y R
para ajustar y despejar el Flip-Flop, la letra J es para ajustar y la letra K es para el
despeje, véase la figura 3.3 inciso a.
El Flip-Flop JK realiza las tres operaciones que se pueden efectuar con un
Flip-Flop, la entrada J establece el Flip-Flop en 1, la entrada K restablece el FlipFlop a 0, y cuando ambas entradas están habilitadas complementa su salida, esto
es si Q=1, cambia a Q=0 y viceversa, como se muestra en la tabla característica
del Flip-Flop de la figura 3.3 inciso b.
J
K
Q(t + 1)
0
0
Q(t) Sin cambio
0
1
Q=0; restablecer
1
0
Q=1; establecer
1
1
Q’(t) complementar
a) Diagrama lógico.
b) Tabla de función.
Figura 3.3. Flip-Flop JK.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
35
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Flip-Flop T: Es un Flip-Flop complementador, ya que la denominación T
proviene del término en inglés Toggle que significa conmutar o cambiar de estado
y se puede implementar con un Flip-Flop JK, si se conectan entre sí las entradas J
y K, como se ilustra en la figura 3.4 inciso a. Cuando T = 0 (J=K=O), un borde de
reloj no modifica la salida. Cuando T=1 (J = K = 1). Un borde de reloj complementa
la salida como se muestra en la tabla de funcionamiento de la figura 3.4 inciso b.
El Flip-Flop T es útil para diseñar contadores binarios.
a) Diagrama lógico.
T
Q(t + 1)
0
Q(t) sin cambio
1
Q’(t) complementar
b) Tabla de función.
Figura 3.4. Flip-Flop T.
3.2.2 Objetivos de aprendizaje



Conocer cuántos tipos de Flip-Flops existen.
Comprender el funcionamiento de cada Flip-Flop.
Implementar los tipos de Flip-Flops en la plataforma NI ELVIS II.
3.2.3 Material





Plataforma NI ELVIS II.
Compuertas Lógicas AND (74LS08 y 74LS11).
Compuertas Lógicas NOR (74LS02).
Compuertas Lógicas NAND (74LS00).
Cable y pinzas.
3.2.4 Desarrollo de la práctica
1. Consultar las hojas de datos de las compuertas AND, NOR y NAND para
saber la configuración de los pines de cada circuito integrado.
2. Simular en Multisim, los diagramas lógicos de los Flip-Flops que se
explicaron anteriormente (ver figura 3.5):
a) Armar el Flip-Flop RS con los instrumento virtuales DigOut y DigIn,
para conectar las entradas y salidas respectivamente.
b) De esta forma se conectan los demás Flip-Flops; para simular el
pulso de reloj, se les conecta el generador de señales.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
36
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Generador
Figura 3.5. Simulación en Multisim de los Flip-Flops.
3. Construir los diagramas lógicos, en el protoboard del NI ELVIS II (ver la
figura 3.6).
I. Construir el Flip-Flop RS de la siguiente manera:
a) Conectar los pines DIO 0 como entrada “S”, DIO 1 como entrada
“R”, DIO 8 como salida “Q” y DIO 9 como salida complementada
(Q’).
b) Conectar un cable BNC al generador de funciones (FGEN) y el
otro extremo a la entrada “CP” del Flip-Flop.
II. Construir el Flip-Flop D de la siguiente manera:
c) Conectar los pines DIO 0 como entrada “D”, DIO 8 como salida
“Q” y DIO 9 como salida complementada (Q’).
d) Conectar un cable BNC al generador de funciones (FGEN) y el
otro extremo a la entrada “CP” del Flip-Flop.
III. Construir el Flip-Flop JK de la siguiente manera:
e) Conectar los pines DIO 0 como entrada “K”, DIO 1 como entrada
“J”, DIO 8 como salida “Q” y DIO 9 como salida complementada
(Q’).
f) Conectar con un cable BNC el generador de funciones (FGEN) y
el otro extremo a la entrada “CP” del Flip-Flop.
IV. Construir el Flip-Flop T de la siguiente manera:
g) Conectar los pines DIO 0 como entrada “T”, DIO 8 como salida
“Q” y DIO 9 como salida complementada (Q’).
h) Conectar con un cable BNC el generador de funciones (FGEN) y
el otro extremo a la entrada “CP” del Flip-Flop.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
37
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 3.6. Implementación de los Flip-Flops en la plataforma NI ELVIS II.
4. Conectar las salidas de cada función a los pines de los led’s del protoboard.
5. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra, en cada una de las compuertas
lógicas.
6. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
7. Abrir el instrumento virtual DigOut y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 3.7 inciso a).
8. Abrir el instrumento virtual DigIn y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 3.7 inciso c).
9. Abrir el instrumento virtual FGEN, seleccionar una señal cuadrada y variar
la frecuencia para obtener el pulso de reloj deseado.
10. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
verificar las salidas con la tabla de funcionamiento de cada Flip-Flop.
3.2.5 Resultados

En la figura 3.7 se muestran los instrumentos virtuales que se ocupan para
realizar las pruebas pertinentes a los Flip-Flops, en la imagen se ilustra el
resultado generado por el Flip-Flop T, que al instante de mandar el pulso la
salida se complementa, pero, sólo si la entrada T esta habilitada (ver el
inciso a y c).
Raúl Edmundo Vásquez Xel
38
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
b) FGEN.
a) DigOut.
c) DigIn.
Figura 3.7. Instrumento virtual ocupado para los Flip-Flops.
 Comentarios
-
-
El realizar la práctica en la plataforma NI ELVIS II, tiene la ventaja
de sólo ocupar ésta plataforma para desarrollar dicha práctica si
necesidad de emplear cualquier otro instrumento.
Se recomienda construir primero un Flip-Flop y realizar sus pruebas,
y hacer lo mismo con los demás Flip-Flops.
En esta práctica sólo se documenta el resultado del Flip-Flop T, ya
que fue el último en realizarse.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
39
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.3 Práctica No. 6: Contador Binario con Flip-Flop T
3.3.1 Introducción
Se le denomina contador binario a un circuito secuencial que pasa a través
de una secuencia prescrita de estados, bajo la aplicación de pulsos de entrada, a
estos mismos se les llama pulsos de conteo. Éstos ocurren a intervalos de tiempos
prescritos o aleatorios. En un contador, la secuencia de estados puede seguir un
conteo binario o cualquier otra secuencia; un contador que sigue la secuencia
binaria se denomina contador binario de “n” bits y consta de “n” Flip-Flops y puede
contar en binario desde 0 hasta 2n.
James Bignell y Robert Donovan, explican que, las transiciones de estado
en los circuitos secuenciales temporizados ocurren durante un pulso de reloj, en
un contador el estado siguiente depende por completo del estado presente, y los
Flip-Flops permanecen en sus estados presentes si no ocurre dicho pulso. Debido
a esta propiedad, un contador se especifica en forma completa por una lista de la
secuencia de conteo, esto es la secuencia de los estados binarios por los que
pasa [16]. Un ejemplo del diagrama de estado de un contador binario se ilustra en
la figura 3.8.
Figura 3.8. Diagrama de estado de un contador binario.
En esta práctica se va a desarrollar un contador binario implementado con
Flip-Flops tipo T que se conectan en cascada. Para hacer más rápido la práctica
se ocupan Flip-Flops JK maestro-esclavo con opción de “borrar” (CLR), el circuito
integrado a ocupar es el 74LS73.
Figura 3.9. Diagrama lógico del contador binario.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
40
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
En el diagrama lógico de la figura 3.9 se muestra un contador asíncrono
binario ascendente de cuatro bits diseñado a partir de Flip-Flop J-K en
configuración T (toggle) con disparo por borde de subida. Debido a que posee
cuatro Flip-Flops, su ciclo básico se compone de 16 estados que van desde cero
(0000) hasta quince (1111) en forma secuencial y repetitiva.
En este tipo de contadores cada salida del Flip-Flop sirve como señal de
entrada CLK para el siguiente Flip-Flop, estos contadores no cambian de estado
en conjunto por lo que se dice que no están en sincronía, solo el primer Flip-Flop
responde a los pulsos del reloj, luego para que el segundo Flip-Flop responda
debe esperar que el primer Flip-Flop cambie de estado, y para que el tercer FlipFlop se complemente debe esperar a que el segundo Flip-Flop realice lo mismo, y
así sucesivamente con los demás Flip-Flops.
3.3.2 Objetivos de aprendizaje




Conocer circuitos secuenciales y sus aplicaciones.
Comprender el funcionamiento de un contador binario.
Construir un contador binario con Flip-Flops T.
Implementar el contador binario en la plataforma NI ELVIS.
3.3.3 Material



Plataforma NI ELVIS II.
2 Circuitos Integrados 74LS73 (Flip-Flop JK).
Cable y pinzas.
3.3.4 Desarrollo de la práctica
1. Consultar la hoja de datos del circuito integrado 74LS73, para saber la
configuración interna y de sus pines.
2. Simular en Multisim el diagramas lógico del contador (ver figura 3.10).
a) En la entrada de reloj (CLK), se conecta el generador de funciones.
b) En la entrada “CLR”, se conecta el instrumento virtual DigOut y a la
salida de cada Flip-Flop se conecta el instrumento virtual DigIn.
Figura 3.10. Simulación del Contador binario.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
41
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3. Construir el diagrama lógico del contador binario, en el protoboard del NI
ELVIS II (ver la figura 3.11).
a) Conectar el pin DIO 0 como entrada “CLR”.
b) Conectar de los pines DIO 8 al DIO 11 como salidas.
c) Conectar con un cable BNC el generador de funciones (FGEN), para
generar los pulsos de reloj (CLK).
4. Conectar las salidas del contador a los pines de los led’s del protoboard.
5. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra, en cada uno de los Flip-Flops.
Figura 3.11. Implementación del contador en la plataforma NI ELVIS II.
6. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
7. Abrir el instrumento virtual DigOut y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 3.12).
8. Abrir el instrumento virtual DigIn y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 8-15, que son los bits de salida (véase la figura 3.12).
9. Abrir el instrumento virtual FGEN, seleccionar una señal cuadrada y variar
la frecuencia para obtener el pulso de reloj deseado.
10. Prender el protoboard del NI ELVIS, ejecutar los instrumentos virtuales y
observar que el contador binario tenga un buen funcionamiento.
3.3.5 Resultados

En la figura 3.12 se muestran los resultados obtenidos al ejecutar la
práctica del contador binario; el funcionamiento de los instrumentos
virtuales es el siguiente: para habilitar el contador hay que activar la entrada
“CLR” de los Flip-Flops, mandado un bit con el Escritor Digital (DigOut)
como se muestra en el inciso b. Después se manda un pulso de reloj con el
Generador de Funciones (FGEN), para que comience con la cuenta binaria.
En el Lector Digital (DigIn) que se muestra en el inciso c, se visualizan los
bits de salida al instante de que el circuito va realizando la cuenta.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
42
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
CLR
a) FGEN.
b) DigOut.
A B C D
c) DigIn.
Figura 3.12. Instrumentos virtuales utilizados en el contador binario.
 Comentarios
-
Esta práctica que se realizara, mostrara que al momento de realizar
circuitos electrónicos que requieran varios instrumentos de medición,
no habrá necesidad de pedirlos prestados al laboratorio de electrónica,
tan sólo hay que solicitar la plataforma NI ELVIS II e instalar los
controladores que requiere para poder realizar cualquier práctica.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
43
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.4 Diseño Digital Basado En PLD’S (Dispositivos Lógicos
Programables)
3.4.1 Antecedentes
Antes de que se inventaran los PLD’s, los chips de memoria de solo lectura
(ROM) se utilizaban para crear funciones de lógica combinacional arbitrarias con
un número determinado de entradas. En los años 70’s General Electric desarrolló
uno de los primeros PLD’s basado en la tecnología EPROM. El dispositivo de
General Electric era el primer PLD jamás desarrollado.
Las iniciales PLD vienen del inglés Programmable Logic Device, que
traducido a nuestro idioma significa Dispositivo Lógico Programable y son circuitos
integrados que ofrecen a los diseñadores en un solo chip, un arreglo de
compuertas lógicas y Flip-Flops, que pueden ser programados por el usuario para
implementar funciones lógicas; y así, una manera más sencilla de reemplazar
varios circuitos integrados estándares o de funciones fijas [17].
Las ventajas que traen los PLD’s con respecto a los circuitos integrados de
funciones fijas son variadas, de entre ellas las que se consideran más importantes
son:






Pueden remplazar funciones de otros dispositivos lógicos.
Reducción de espacio en las tarjetas de circuito impreso.
Simplificación del cableado entre unos chips y otros.
Disminución en los requerimientos de potencia (por consiguiente menor
consumo de energía).
Realización de aplicaciones especiales no encontradas en circuitos
integrados de funciones fijas.
Puede reflejarse menor costo para el usuario al ver las ventajas de tener
menor cantidad de circuitos integrados; por consiguiente, procesos de
ensamblado más rápidos, menor probabilidad de que puedan ocurrir fallas,
así como menores procedimientos en la detección de fallas cuando éstas
se presenten.
Un PLD típico está compuesto de arreglos de compuertas lógicas, uno de
ellos a base de compuertas AND al que se le denomina Plano AND y el otro de
compuertas OR, denominado Plano OR; dependiendo de la colocación del fusible
éstos planos pueden ser o no programables, así mismo, será la clasificación que
reciba el PLD como se muestra en la figura 3.13 [18], al inicio un PLD tiene todos
los fusibles intactos.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
44
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 3.13. Clasificación de los PLD’s.
La programación se lleva a cabo por medio de conexiones fusibles; de tal
forma que en una compuerta OR, una entrada con conexión fusible “Fundida o
Quemada” (fusible abierto), funcione como un cero lógico y una conexión de
fusible intacto funcione como el valor de la(s) variable(s) de entrada.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
45
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.5 Práctica No. 7: Decodificador binario a octal con la Gal20V8
3.5.1 Introducción
Los PLD’s se dividen en tres grupos los cuales son:



PROM: Programmable Read-Only Memory (Memoria de Sólo Lectura
Programable).
PAL: Programmable Logic Array (Lógica de Arreglo Programable).
PLA: Programmable Array Logic (Arreglo de Lógica Programable).
El grupo de las PAL es el que nos interesa conocer, ya que de este grupo
se originan las GAL. “La arquitectura de las PAL está compuesta por un Plano
AND programable y un Plano OR fijo. Éste dispositivo es el intermedio entre una
PROM y una PLA; debido a que, por cada entrada que se agregue no será
necesario duplicar la cantidad de fusibles y el tener un plano fijo conduce a un
menor retardo en la circuitería interna y una programación más sencilla. Este PLD
puede incluir una serie de componentes a la salida del plano OR, como pueden
ser: Inversores y Flip-Flops, que permitirán hacer del dispositivo, un PLD versátil”.
Morris Mano y Charles Kim [19].
Existen dos tipos de PAL’s, uno de los cuales puede ser programado
solamente una vez y el otro PAL mejor conocido como GAL de las iniciales de
Generic Array Logic (Lógica en Arreglo Genérico), que combina las características
de un PAL; pero además, agrega tecnología especial para ser borrado y
programado eléctricamente.
Las GAL’s son capaces de funcionar en modo combinacional y/o
secuencial; además, de superar a sus antecesores en cuanto a tecnología
programable se refiere, ya que éstos dispositivos son capaces de reprogramarse
hasta un mínimo de 100 veces; aunque, esto depende también del fabricante [18].
Software WinCUPL
El Software que se eligió para la programación de los dispositivos GAL es el
Software Win-CUPL por las siglas en ingles de Compiler Universal for
Programmable Logic (Compilador Universal para Lógica Programable). Con este
compilador se puede programar el funcionamiento de un circuito lógico
combinacional o secuencial, por medio de sus ecuaciones lógicas o tablas de
verdad.
Después de conocer las ecuaciones lógicas que rigen un circuito, estas
puede llevarse a WinCUPL, compilarse y obtener un archivo con extensión “.JED”,
que a través de un programador universal se puede trasladar a las GAL’s.
WinCUPL tiene palabras y símbolos especiales para lógica combinacional que
representan las funciones lógicas básicas not, and, or y xor. Los operadores
lógicos que se emplean, se enlistan en la tabla 3.14 [20].
Raúl Edmundo Vásquez Xel
46
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Operador
Ejemplo
Descripción
¡
¡A
Not
&
A&B
And
#
A#B
Or
$
A$B
Xor
Tabla 3.14. Tabla de los operadores lógicos.
Para programar en WinCULP se debe tener en cuenta el siguiente formato:


Cabecera del programa: en este apartado lleva el nombre del
proyecto, el dispositivo que se va a utilizar, etc.
Cuerpo del Programa: aquí es en donde se define cuales pines van a
ser entradas y salidas; se tiene que tener la hoja de datos de la GAL,
para saber su configuración interna. También aquí se escriben las
ecuaciones lógicas que se toman de la tabla de verdad. A todo esto
se le llama “Código Fuente”.
En esta práctica se va a desarrollar un decodificador que a la entrada reciba
un código binario de 3 bits y que tenga una salida de 8 bits, se ocupa el diagrama
lógico y las ecuaciones lógicas de la figura 2.1, que se obtuvieron en la práctica
No. 1, también se ocupa la tabla 3.15 que se muestra a continuación.
Entradas
Salidas
A
B
C
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
Tabla 3.15. Tabla de verdad del decodificador.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
47
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Ecuaciones lógicas del decodificador:

F0 = A’ B’ C’

F4 = A B’ C’

F1 = A’ B’ C

F5 = A B’ C

F2 = A’ B C’

F6 = A B C’

F3 = A’ B C

F7 = A B C
3.5.2 Objetivos de aprendizaje



Conocer la importancia de los PLD’s y su funcionamiento.
Aprender el funcionamiento interno de las GAL y cómo programarlas para
realizar varias funciones.
Implementar la práctica propuesta en la plataforma NI ELVIS II.
3.5.3 Material



Plataforma NI ELVIS II.
GAL 20v8.
Cable y pinzas.
3.5.4 Desarrollo de la práctica
1. Realizar los mapas de Karnaugh (se ocupan los de la práctica No.1).
2. Consultar la hoja de datos de la GAL20v8.
3. Hacer el programa en el compilador WinCUPL, teniendo en cuenta el
formato que se menciono anteriormente (véase la figura 3.18).
4. Compilar el código fuente para generar el archivo .JED.
5. Simular en WinSip, que es una aplicación integrada al compilador y se
realiza de la siguiente manera (véase la figura 3.19):
a) Agregar las señales de entra y salida.
b) Añadir los periodos o vectores necesarios para poder realizar la
simulación de manera adecuada.
c) Introducir los diferentes estados lógicos considerados de las
entradas, esto se hace colocando el apuntador sobre la señal de
simulación, para activar cada una de las señales de entrada.
d) Ejecutar la simulación y verificarla con la tabla de verdad.
6. Programar la GAL20v8 con el archivo .JED, que se importa mediante un
programador universal Top-Max.
7. Realizar el programa que genere gráficas del decodificador en LabVIEW
(ver figura 3.16), este programa se realiza con los instrumentos virtuales
que se integran a LabVIEW en el diagrama a bloques, cuando se instala el
driver de NI ELVIS II. En el apéndice C, se explica el nombre y
funcionamiento de cada una de las funciones que usa LabVIEW.
8. Colocar la GAL20v8 y conectarla al protoboard del NI ELVIS II como se
indica (véase la figura 3.17):
Raúl Edmundo Vásquez Xel
48
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
a) Conectar las entradas de la GAL, del pin DIO 0 al DIO 2.
b) Conectar las salidas de la GAL, del pin DIO 8 al DIO 15 y a los pines
de los led’s del protoboard.
9. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra, de la GAL20v8.
10. Ejecutar el programa NI ELVISmx Instrument Launcher.
11. Abrir el instrumento virtual DigOut y en el apartado de "Lines to Write"
seleccionar 0-7, que son los bits de entrada (véase la figura 3.20 inciso a).
12. Prender el protoboard del NI ELVIS.
13. Ejecutar el instrumento virtual DigOut y el programa realizado en LabVIEW.
14. Verificar el funcionamiento con la Tabla 3.15.
Figura 3.16. Diagrama a bloques de LabVIEW.
Figura 3.17. Implementación del Decodificador con la GAL en el NI ELVIS II.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
49
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.5.5 Resultados



El código fuente que se obtuvo en WinCUPL, se muestra en la figura 3.18
La simulación obtenida se ilustra en la figura 3.19, en este caso tenemos
tres entradas con lo cual obtenemos hasta ocho diferentes combinaciones o
estados lógicos, por lo que se agregaron ocho periodos o vectores, las
líneas verdes indican las entradas y las líneas azules la salida.
En la figura 3.20 inciso b, se muestra el panel frontal de LabVIEW al
momento de ejecutar la práctica, en ésta se muestra la gráfica en estado
bajo o alto (0 ó 1) de cada salida, dependiendo de la señal que envíe el
escritor digital (DigOut), conforme a la tabla de verdad del decodificador,
por ejemplo, si se envía el número binario “111”, la salida F7 estará en
estado alto y las demás permanecerán deshabilitadas o en estado bajo.
Name
DEC Bin a Oct ;
PartNo
00 ;
Date
20/06/2012 ;
Revision 01 ;
Designer Engineer ;
Company Universidad Veracruzana ;
Assembly None ;
Location ;
Device
g20v8a ;
/* *************** INPUT PINS *********************/
PIN 2 = A
; /*
*/
PIN 3 = B
; /*
*/
PIN 4 = C
; /*
*/
/* *************** OUTPUT PINS *********************/
PIN 15 = F8
; /*
PIN 16 = F7
; /*
PIN 17 = F6
; /*
PIN 18 = F5
; /*
PIN 19 = F4
; /*
PIN 20 = F3
; /*
PIN 21 = F2
; /*
PIN 22 = F1
; /*
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
/* *************** FUNCIONES *********************/
F1= (!A) & (!B) & (!C);
F2= (!A) & (!B) & (C);
F3= (!A) & (B) & (!C);
F4= (!A) & (B) & (C);
F5= (A) & (!B) & (!C);
F6= (A) & (!B) & (C);
F7= (A) & (B) & (!C);
F8= A & B & C;
Figura 3.18. Código Fuente en WinCUPL del Decodificador.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Salidas
Entradas
Periodos o Vectores
Figura 3.19. Simulación del código fuente en WinSip.
a) NI ELVISmx
b) Panel Frontal de LabVIEW
Figura 3.20. Pruebas de la práctica del decodificador con la GAL.
 Comentarios
-
Al realizar la práctica del decodificador ayudados del software
LabVIEW se muestra la capacidad que tiene la plataforma NI ELVIS
II, para que sólo con realizar un programa en LabVIEW ya no se
tengan que ocupar los instrumentos virtuales, solamente se requiere
ocupar el panel frontal de LabVIEW y manejar los controles que se
programen, haciendo que esta plataforma sea mas versátil a la hora
de realizar prácticas o proyectos electrónicos.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3.6 Práctica No. 8: Decodificador de BDC a 7 segmentos con la
GAL20v8 y LabVIEW
3.6.1 Introducción
La función básica de un decodificador es detectar la presencia de una
determinada combinación de bits (código) en sus entradas y señalar la presencia
de dicho código mediante un cierto nivel de salida. Un ejemplo de aplicación es el
decodificador BCD a 7 segmentos. Este tipo de decodificador acepta el código
BCD en sus entradas y proporciona salidas capaces de activar un exhibidor
(display) de 7 segmentos para indicar un dígito decimal.
El display está formado por un conjunto de 7 diodos LED rectangulares (en
el que cada uno recibe el nombre de segmento porque forma parte del símbolo
que está mostrando) colocados en forma de “ocho” como se indica en la figura
3.21 y conectados en un punto común en su salida. Cuando la salida es común en
los ánodos, al display se le conoce como display de ánodo común y sí la salida es
común en los cátodos, se denomina al display de cátodo común. Con un indicador
de siete segmentos se pueden formar los dígitos del 0 al 9, también las letras A, C,
E, F y las letras minúsculas b y d [21].
Figura 3.21. Representación Visual de los dígitos decimales.
De la figura 3.21 se puede deducir la tabla 3.22, que muestra en las
entradas el código BCD y en las salidas muestra cual segmento del display debe
estar activo para formar un número.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
Entradas
B
C
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
a
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
b
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
c
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Salidas
d
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
e
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
f
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
g
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
Dígito
Decimal
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabla 3.22. Tabla de verdad del decodificador BCD a 7 segmentos.
3.6.2 Objetivos de aprendizaje



Comprobar el funcionamiento del decodificador BCD a un display de 7
segmentos hecho con LabVIEW.
Aprender a programar la GAL con cualquier función lógica.
Realizar programas en LabVIEW para controlar los circuitos que se
encuentren en la plataforma NI ELVIS II.
3.6.3 Material



GAL20V8.
Cable y pinzas.
Led’s.
3.6.4 Desarrollo de la práctica
1.
2.
3.
4.
5.
Realizar los mapas de Karnaugh para obtener las funciones de salida.
Consultar la hoja de datos de la GAL20V8.
Hacer el programa en el compilador WinCUPL (véase la figura 3.23).
Compilar el código fuente para generar el archivo con extensión .JED.
Simular en WinSip, que es una aplicación integrada al compilador y se
realiza de la siguiente manera (véase la figura 3.24):
a) Agregar las señales de entra y salida.
b) Añadir los diez periodos o vectores considerados por la tabla 3.23.
c) Introducir los diferentes estados lógicos considerados de las
entradas, esto se hace colocando el apuntador sobre la señal de
simulación, para activar cada una de las señales de entrada.
d) Ejecutar la simulación y verificarla con la tabla de verdad.
6. Programar la GAL20v8 con el archivo .JED, que se importa mediante el
programador universal Top-Max.
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Figura 3.23. Código fuente en WinCupl.
Entrada
s
Salida
s
Periodos o Vectores
3.24. Simulación en WinSim.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
7. Realizar el programa que va a controlar las entradas y visualizará las
salidas a través del display de siete segmentos en LabVIEW (ver figura
3.25), este programa se realiza con los instrumentos virtuales que se
integran a LabVIEW en el diagrama a bloques. En el apéndice C, se explica
el nombre y funcionamiento de cada una de las funciones que usa
LabVIEW.
a) Colocar en el diagrama a bloques los instrumentos virtuales NI
ELVISmx Digital Reader y NI ELVIsmx Digital Writer que se localizan
dentro de la paleta de funciones en la sección de Measurement I/O.
b) Colocar la función “DAQmx Device Name”, que se localiza dentro de
la paleta de funciones Measurement I/O > NI DAQmx > Advanced.
Una para cada instrumento virtual que se usa.
c) Conectar cada función como se muestra en al figura 3.25.
Figura 3.25. Diagrama a bloques del programa en LabVIEW.
8. En el panel frontal de LabVIEW, se forma el display de siete segmentos con
los led’s que se incorporaron al programa (véase la figura 3.28).
9. Colocar la GAL20v8 y conectarla al protoboard del NI ELVIS II como se
indica (véase la figura 3.26):
a) Conectar las entradas de la GAL, del pin DIO 0 al DIO 3.
b) Conectar las salidas de la GAL, del pin DIO 8 al DIO 14.
10. Conectar los pines Vcc a 5V y GND a tierra, de la GAL20v8.
11. Conectar la plataforma NI ELVIS II a la computadora.
12. Prender el protoboard del NI ELVIS.
13. Ejecutar el programa realizado en LabVIEW.
a) Seleccionar el dispositivo a utilizar, mediante la función “Device Name”.
b) Seleccionar las líneas que se van a ocupar para escribir y leer datos.
14. Verificar que el display genere los dígitos correctamente.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 3.26. Circuito en el NI ELVIS II.
3.6.5 Resultados

Los mapas de Karnaugh que se obtuvieron se muestran en la figura 3.27.
Figura 3.27. Mapas de Karnaugh.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II

El decodificador BCD a un display de siete segmentos que se diseño, tiene
un buen funcionamiento, ya que cada vez que en el control numérico del
panel frontal de LabVIEW se escribe un número de 0 al 9, el decodificador
manda la señal correcta para que el display muestre el dígito correcto (ver
figura 3.28).
Figura 3.28. Pruebas del decodificar en LabVIEW.
 Comentarios
-
-
En esta práctica, en especial, se demuestra que NI ELVIS y
LabVIEW son una herramienta que no tiene que faltar en cualquier
laboratorio donde se hagan pruebas y prácticas de electrónica.
En la figura 3.28 se muestra como al instante de ejecutar la práctica
sólo se ocupa el protoboard del NI ELVIS II y LabVIEW para llevarla
a cabo, sin necesidad de ocupar los instrumentos virtuales, que
utilice la práctica desarrollada o cualquier otro ejercicio que se quiera
realizar, ya que programando éstos, en el diagrama de bloques
LabVIEW pueden controlarlos.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Apéndice A. Instalación del software NI LabVIEW y
NI ELVIS II
1. Inicie Windows como administrador o como usuario con privilegios de
administrador.
2. Deshabilite cualquier programa de detección automática de virus antes de
instalar. Algunos programas de detección de virus pueden interferir con la
instalación.
3. Inserte el Disco 1 de los DVD’s de la Plataforma de LabVIEW 2010, busque
en la unidad del DVD y haga doble clic en “setup.exe”. Haga clic en Next
para comenzar.
Figura 1. Instalador del DVD de la Plataforma de LabVIEW.
4. Seleccione si desea introducir los números de serie para instalar productos
que ha comprado o si desea instalar el software en modo de evaluación. Si
escoge introducir los números de serie, el instalador puede seleccionar el
software adecuado para usted.
Figura 2. Escoja instalar y activar los productos comprados o instalar en modo de evaluación.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
5. Proporcione los números de serie para el sistema de desarrollo de
LabVIEW que compró. Si tiene los números de serie para los
complementos de LabVIEW, como módulos y juegos de herramientas,
también los puede proporcionar ahora.
Figura 3. Proporcione los números de serie de los productos comprados que desea instalar.
6. Vea la Lista de Productos Autorizados para el entorno de LabVIEW,
módulos y juegos de herramientas de los que tiene licencias válidas,
además de controladores de dispositivos. Todos serán seleccionados de
forma predeterminada, pero puede elegir no instalar algún producto en la
lista si así lo desea.
Figura 4. Lista de Productos Autorizados del DVD de la Plataforma de LabVIEW.
7. Revise la Lista de Productos para Evaluación y seleccione cualquier
producto adicional (módulos y juegos de herramientas) que desea instalar y
evaluar. Para cada producto, debe seleccionar “Instalar” para disminuir la
interacción del usuario o “Instalación Personalizada” para configurar su
instalación más adelante.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
8. También debe de seleccionar NI Multisim, porque es el simulador que trae
incluidos los instrumentos virtuales del NI ELVIS II.
Figura 5. Lista de Productos para Evaluación del DVD de la Plataforma de LabVIEW.
9. El instalador verifica actualizaciones relevantes de los productos que está a
punto de instalar. Puede descargar las actualizaciones antes de continuar
con la instalación.
10. Escoja el directorio de instalación para software de National Instruments.
11. Acepte los Acuerdos de Licencia y haga clic en Next.
12. Proporcione su nombre completo y empresa. Esta información será usada
para procesar el registro de su software.
13. Revise el resumen antes de continuar para asegurarse que todos sus
productos serán instalados. Cualquier producto enlistado requiere
interacción del usuario para finalizar. De lo contrario, puede dejar la
instalación incompleta.
Figura 6. Resumen de la Instalación del DVD de la Plataforma de LabVIEW.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
14. Siga las instrucciones en la pantalla para terminar de instalar y activar
LabVIEW, y con ello cualquier módulo o juego de herramienta que haya
seleccionado.
Al final del proceso de la instalación de LabVIEW, si selecciona instalar los
controladores de dispositivos desde la lista de productos, se le pedirá que inserte
el DVD de Controladores de dispositivos. De lo contrario, se le pedirá activar su
software. Puede activar ahora o esperar hasta que haya terminado de instalar el
resto de su software.
Instalar NI ELVIS y los drivers de NI-DAQmx
Después de instalar LabVIEW y cualquier módulo o juego de herramienta
aplicable, debe instalar el software controlador NI-DAQmx, antes de conectar
cualquier dispositivo de hardware nuevo para que Windows pueda detectarlo.
Siga los siguientes pasos para instalar NI-DAQmx desde el DVD de Controladores
de Dispositivos de la Plataforma de LabVIEW:
1. Inserte el DVD de Controladores de Dispositivos cuando el instalador del
DVD de la Plataforma de LabVIEW se lo pida.
Figura 7. Inserte el DVD de Controladores de Dispositivos.
2. Seleccione el directorio de instalación para su software de National
Instruments, este debe ser el mismo directorio donde instaló LabVIEW.
3. Revise el árbol de características, el cual incluye todos los controladores de
dispositivos y software asociado. Adquisición de Datos, Control de
Instrumentos, NI Spy y NI Measurement & Automation Explorer son
seleccionados de forma predeterminada.
4. Seleccionar el controlador NI ELVISmx for NI ELVIS II
5. Seleccione cualquier controlador de dispositivos adicional que desee
instalar para su hardware y haga clic en Next.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 8. Lista de características de Controladores de Dispositivos.
6. Descargue cualquier actualización antes de continuar con la instalación. El
instalador verifica actualizaciones relevantes de los productos que está a
punto de instalar.
7. Acepte los Acuerdos de Licencia y haga clic en Next.
8. Revise el resumen antes de continuar con la instalación para asegurarse
que todos sus controladores de dispositivos serán instalados.
9. Siga las instrucciones en la pantalla para finalizar la instalación. Reinicie su
sistema cuando se le pida.
10. Asegúrese de habilitar cualquier programa de detección de virus que haya
deshabilitado, una vez que la instalación haya terminado.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Apéndice B. Uso del Simulador de Circuitos Electrónicos
NI MULTISIM
Multisim es un entorno de simulación SPICE estándar de circuitos electrónicos,
éste software también es de National Instrument y vienen incluidos en él los
instrumentos virtuales del NI ELVISmx y NI myDAQ, se instala junto con LabVIEW.
A continuación se explica como usar todas las herramientas que están
relacionadas con la plataforma NI ELVIS II.
1. Inicie Multisim en Inicio » Todos los programas » National Instruments »
Circuit Design Suite » Multisim.
Figura 1. NI MULTISIM.
2. Cree un nuevo diseño NI ELVIS II en File » New » NI ELVIS II Design.
Figura 2. Esquema que genera Multisim de la plataforma NI ELVIS II.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
3. En la figura 2, el dispositivo NI ELVIS II cuenta con conectores para todas
las terminales, así usted puede simular completamente la instrumentación
del hardware en el entorno virtual.
4. Ahora puede armar cualquier circuito que desee, lo primero es escoger el
componente que se quiere simular y se realiza dando clic derecho,
seleccionar Place component, cuando seleccione el componente deseado
de un clic en OK para regresar al esquemático y colocarlo, repita los pasos
para colocar todos los componentes que se necesiten.
Figura 3. Selección de los componentes a simular.
5. Use “On-page connectors”, que es un conector que se puede colocar en
cualquier componente en lugar de tener que cablear directamente desde los
rieles de cualquier instrumento. Vaya a Place » Connectors » On-page
connector.
Figura 4. Seleccionar On-page connector.
6. Cuando coloque el “On-page connectors”, puede seleccionar los que trae
por defaul o se puede crear uno nuevo en “new” y asignarle un nombre.
Por ejemplo, cuando se quiere conectar un dispositivo a alimentación
positiva (CD), se colocan dos On-page connectors con el mismo nombre
uno en la fuente de pode DC y el otro en el dispositivo.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
64
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 5. Colocación del On-page connectors.
7. Ahora termine de armar el circuito electrónico que este realizando.
Figura 6. Circuito electrónico simulado.
8. Cuando ya este terminado el circuito, habilite los instrumentos virtuales que
haya ocupado, solo hay que dar doble clic a uno de los instrumentos que
ocupo, por ejemplo, para habilitar el generador de funciones se le da doble
clic y se abre el panel frontal, una vez habilitado se cierra.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
65
Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Figura 7. Habilitar el generador de funciones.
9. Una vez habilitados todos los instrumentos virtuales, se simula el circuito,
se selecciona el botón Simulate que se localiza en la barra de herramientas,
también se puede poner pausa y parar la simulación.
Figura 8. Ejecutar el circuito electrónico.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Apéndice C. Descripción de las Funciones que usa
LabVIEW en el diagrama de bloques
El Lector Digital es un instrumento
virtual, que puede recibir señales
digitales y mostrarlas mediante
otra función, como por ejemplo los
led’s.
El
Escritor
Digital
es
un
instrumento virtual, capaz de
mandar señales digitales de hasta
8 bits.
Índice de matriz: realiza una matriz
de los datos que le llegan a la
entrada.
Device Name: Con esta función se
escoge el nombre del dispositivo
externo que se va a ocupar.
Index: Sirve como
algunas funciones.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
índice
de
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Bundle: Esta función
paquete
de
señales,
mandarlas a un graficador.
recibe
para
Waveform Chart: Recibe señales a
través de la función “Bundle”, para
graficar las formas de onda, puede
realizar uno o varios gráficos al
mismo tiempo.
Boolean To: Convierte un valor
booleano verdadero o falso en 1 ó
0 respectivamente.
Wait Until Next ms Multiple: Espera
un determinado tiempo para pasar
al siguiente periodo o ciclo.
While Loop: el cual detiene su
ejecución hasta que se habilite su
botón de paro.
Indicadores de una variable
booleana.
Number
To
Boolean
Array:
Convierte un número entero a una
matriz booleana.
Wait(ms): Espera un determinado
tiempo para devolver el valor
esperado.
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
Numero: Convierte un
entero en código binario.
número
For Loop: realiza un ciclo “n”
veces, donde “n” se propone por el
usuario colocando un índice con el
número de ciclos que se requieren.
Raúl Edmundo Vásquez Xel
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Manual de prácticas de circuitos digitales con el NI ELVIS II
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