El objeto de este laboratorio nos llevara a observar, desarrollar, e implementar un circuito que por medio de un dispositivo visualizador, un decodificador y una serie de datos ingresados manualmente y de esta manera comprobar el funcionamiento y desempeño de la codificación de BCD a siete segmentos.
La realización de este circuito nos llevara a conocer el funcionamiento de un integrado del tipo decodificador (7447), desde la entrada de datos manualmente o por micro switch pasando por el decodificador BCD y su salida visualizada a los siete segmentos del display creado con led`s.
1. Familiarizarse con el uso de equipo usado generalmente en las prácticas de Circuitos Digitales, conexiones y comprobación de estados lógicos del circuito, Fuentes de Alimentación, resistencias, Circuitos Integrados –con una funcionalidad específica- y Dispositivos de Visualización –LEDs (Light Emitting Diodes), Dígitos Decimales con displays de 7 segmentos-.
2. Demostración de un circuito de decodificación y visualización, implementado con un Circuito Integrado 7447, y visualizado, a través de LEDs. Es decir, una serie de LED`S prendidos nos mostraran el código BCD en 7 segmentos.
DECODIFICADORES
Un decodificador es un circuito lógico combinacional, que convierte un código de entrada binario de N bits en M líneas de salida (N puede ser cualquier entero y M es un entero menor o igual a 2N), tales que cada línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada. La Figura 1, muestra el diagrama general de un decodificador de N entradas y M salidas. Puesto que cada una de las entradas puede ser 1 o 0, hay 2N combinaciones o códigos de entrada. Para cada una de estas combinaciones de entrada sólo una de la M salidas estará activada 1, para lógica positiva; todas las otras salidas estarán en 0. Muchos decodificadores se diseñan para producir salidas 0 activas, lógica negativa, donde la salida seleccionada es 0 mientras que las otras son 1. Esto último se indica siempre por la presencia de pequeños círculos en las líneas de salida del diagrama del decodificador.
Algunos decodificadores no usan todos los 2N códigos posibles de entrada, sino sólo algunos de ellos. Por ejemplo, un decodificador BCD a DECIMAL, tiene un código de entrada de 4 bits, el cual sólo usa diez grupos codificados BCD, 0000 hasta 1001. Algunos de estos decodificadores se diseñan de tal manera, que si cualquiera de los códigos no usados se aplican a la entrada, ninguna de las salidas se activará.
La Figura 2, muestra la circuitería para un decodificador con 3 entradas y 23=8 salidas. Como sólo usan compuertas Y, las salidas activadas son 1. Para tener salidas activadas 0, deberían usarse compuertas NO Y.
Puede hacerse referencia a este decodificador de distintas maneras, todas ellas válidas y usuales. Pude llamarse un decodificador de 3 líneas a 8 líneas (3x8), porque tiene tres líneas de entrada y ocho de salida. También recibe el nombre de convertidor o decodificador de binario a octal, porque toma un código de entrada binario de tres entradas y produce un 1 en una de las ocho (octal) salidas correspondientes a ese código. A veces se hace referencia al circuito como un decodificador 1 de 8, porque una de las 8 salidas se activa a la vez.
CODIGO BCD
BCD son las iniciales de unas palabras inglesas que traducidas vendrían a significar Código Decimal codificado en Binario. Es decir cada cifra decimal se codifica según una serie de bits binarios ¿Cuantos?, como existen diez cifras del 0 al 9 necesitamos 4 bits por cifra. (Con 3 nos quedaríamos cortos ya que como máximo podríamos codificar 8 cifras). Ahora resulta que con 4 bits podríamos codificar hasta 16 cifras, luego vemos que hay 6 combinaciones (de 1010 a 1111) que nunca se utilizan en el código BCD; de ahí que este código sea menos compacto que el binario puro.
- La conversión de decimal a BCD es muy fácil, lo verás con un ejemplo.
Imagina que deseas convertir el número 15793 dado en decimal a BCD. Tomamos cada cifra decimal por separado y le asignamos la combinación que le corresponde:
1 -> 0001 = 0x8 + 0x4 + 0x2 + 1×1
5 -> 0101 = 0x8 + 1×4 + 0x2 + 1×1
7 -> 0111 = 0x8 + 1×4 + 1×2 + 1×1
9 -> 1001 = 1×8 + 0x4 + 0x2 + 1×1
3 -> 0011 = 0x8 + 0x4 + 1×2 + 1×1
Se colocan estas combinaciones unas detrás de otras y ya tenemos el número convertido a BCD
15793 (decimal) -> 00010101011110010011 (BCD).
- La conversión de BCD a decimal es igual de simple, vamos a utilizar otro ejemplo.
Imagina que deseas convertir el numero 01000110001 (BCD) a decimal. Tomamos a partir de la derecha grupos de 4 bits y los convertimos a su cifra correspondiente (utilizando código binario):
0001 -> 1
0011 -> 3
010 -> 2 (si faltan bits se completan con ceros)
Se toman las cifras decimales así obtenidas en orden inverso, por lo tanto:
01000110001 (BCD) -> 231 (decimal)
CIRCUITO INTEGRADO 7447
El decodificador 7447 es un circuito lógico que acepta un conjunto de entradas que representan números binarios y que activa solamente la salida que corresponde a dicho dato de entrada. En un decodificador, dependiendo de la combinación en sus entradas se determina qué número binario (combinación) se presenta a la salida correspondiente a dicho número, mientras tanto todas las otras salidas permanecerán inactivas Este decodificador sirve para mostrar salidas decimales a entradas binarias. Las entradas pueden estar dadas por cualquier dispositivo que tenga 4 salidas digitales como la computadora, un micro, o Simplemente utilizando switches para conmutar los unos y ceros.
ESQUEMA DEL DECODIFICADOR 7447
DISPLAY (CON LED`S)
El display que utilizaremos será realizado con led`s consecutivos utilizando los mismos principios que un display de siete segmentos de ánodo común.
Es decir que todos los segmentos estarán conectados al vcd y la tierra se proporcionara a través del 7447.
BAQUELITA UNIVERSAL
La baquelita universal es un circuito impreso ya dispuesto para la ejecución de circuitos, consta de una placa de cartón endurecido, bakelita o fibra de vidrio aproximadamente de 2mm de ancho con una serie de pistas de cobre ya diseñadas con normas estándar.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
RESISTENCIAS
Son componentes electrónicos que tienen la propiedad de oponerse al paso de la corriente eléctrica. La unidad en la que se mide esta característica es el Ohmio y se representa con la letra griega Omega.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Esta propiedad de oponerse al paso de la corriente, la poseen todos los materiales en mayor o menor grado. El valor de la resistencia eléctrica, viene determinada por tres factores: el tipo de material que define una constante denominada resistividad ’p’, la sección ’s’ y la longitud ’l’, de forma que a mayor sección menor resistencia, y a mayor longitud mayor resistencia, tal y como se ve en la fórmula siguiente:
Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior
CODIGO DE COLORES
Consiste en unas bandas que se imprimen en el componente y que nos sirven para saber el valor de éste. Hay resistencias de 4, 5 y 6 anillos de color.
Para saber el valor tenemos que utilizar el método siguiente: el primer color indica las decenas, el segundo las unidades, y con estos dos colores tenemos un número que tendremos que multiplicar por el valor equivalente del tercer color y el resultado es el valor de la resistencia. El cuarto color es el valor de la tolerancia. Este sistema se utiliza para resistencia de cuatro colores.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Para resistencias de cinco o seis colores sólo cambia que en vez de dos colores se utilizan los tres colores primeros para formar el número que hay que multiplicar por el valor equivalente del cuarto color. El quinto es el color de la tolerancia; y el sexto, para las de seis colores, es el coeficiente de temperatura.
SOLDAR
Soldar, tecnológicamente hablando, es unir sólidamente dos piezas metálicas, fundiendo su material en el punto de unión, o mediante alguna sustancia igual o parecida a ellas. Las soldaduras pueden ser duras o blandas: entre las soldaduras duras se encuentran la soldadura eléctrica por arco, la soldadura eléctrica por puntos, la soldadura oxiacetilénica, etc. Entre las soldaduras blandas, es decir, las que funden a menos de 200 ºC, se encuentra la soldadura con estaño, que es la que nos interesa para su aplicación en Electrónica.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
CARACTERISTICAS DE UNA BUENA SOLDADURA
Aunque para conseguir efectuar una buena soldadura lo mejor es la experiencia, para comenzar podrían seguirse los siguientes pasos:
· Comprobar que el soldador ha adquirido la temperatura adecuada acercando el hilo de estaño a la punta: si aquél se funde con facilidad, el soldador está dispuesto para su utilización.
· Preparar los elementos o piezas que se quieran soldar.
· Acercar la punta del soldador a la unión de ambas piezas, con el fin de caldearlas; mantenerlo así durante unos segundos. Es conveniente que la punta del soldador tenga un poco de estaño, pues se facilita la transmisión de calor.
· Transcurrido ese tiempo, acercar el hilo de estaño a la zona de contacto del soldador con las piezas que se van a soldar, comprobando que el estaño se funde y se reparte uniformemente por las zonas caldeadas.
· Cuando se crea que es suficiente el estaño aportado, retirarlo, manteniendo el soldador unos segundos.
· Transcurridos dos o tres segundos, retirar el soldador sin mover las piezas soldadas.
· Mantener las piezas inmovilizadas hasta que el estaño se haya enfriado y solidificado; nunca se soplará la soldadura, pues sólo se conseguiría un enfriamiento prematuro que daría como resultado una soldadura fría, mate y, en definitiva, defectuosa.
· Comprobar que la soldadura queda brillante, sin poros y cóncava. En caso de que cualquiera de estas condiciones no se cumplieran, limpiar de estaño las piezas y volver a comenzar el proceso.
En la figura 6.3 se pueden ver diferentes tipos de soldadura para diversas piezas: a la izquierda se han dibujado varias soldaduras correctas y a la derecha, varias incorrectas.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
MATERIAL REQUERIDO
1. UNA FUENTE DE ALIMENTACION 5VCD
2. UNA BAQUELITA UNIVERSAL
3. UN CIRCUITO INTEGRADO 7447
4. SIETE RESISTENCIAS DE 220 OHMIOS
5. UN PROTAINTEGRADOS
6. CABLE PARA CIRCUITOS
HERRAMIENTAS
1. PINZAS
2. CORTAFRIOS
3. CAUTIN
4. SOLDADURA
5. PASTA PARA SOLDAR
PROCEDIMIENTO
1. Inicialmente realizaremos el diagrama del circuito para ubicar exactamente la disposición y forma del circuito que vamos a construir también debemos realizar la tabla de verdad del mismo.
TABLA DE VERDAD | ||||||||||
ENTRADA | SEGMENTOS | |||||||||
A1 | B1 | C1 | D1 | A | B | C | D | E | F | G |
0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
2. Posteriormente seguimos con el alistamiento y colocación de los componentes de acuerdo a nuestro diseño en la baquelita universal, este procedimiento se realizara componente por componente.
3. Los componentes iniciales serán los led`s que formaran los segmentos del display , se organiza segmento por segmento y procedemos a soldar cada uno de ellos, siempre teniendo en cuenta la ubicación del diagrama y los caminos de cobre en la baquelita.
- Consecutivamente se hará lo mismo con el porta integrados en primera instancia, después las resistencias y en nuestro caso un micro switch para seleccionar los estados lógicos; recuerde que las resistencias deben ir a la entrada del integrado y del diplay para protegerlos a ambos.
5. Después de tener todos los componentes soldados a la baquelita procederemos a completar los caminos, de acuerdo con el esquema, y para eso utilizaremos el cable.
6. A continuación procederemos a verificar cada uno de los puntos soldados , y los caminos que los unen (su continuidad).
7. Seguidamente del paso de verificación, colocamos nuestro integrado 7447 en el porta integrados; y por supuesto colocamos la fuente que alimentara nuestro circuito, siempre comprobando el voltaje para no afectar nuestro circuito.
8. Por ultimo concluimos con la verificación de los datos que nos mostrara nuestro display y para eso utilizamos la tabla de verdad que hemos realizado inicialmente.
MANUAL DEL USUARIO
Después de conocer detalladamente las especificaciones técnicas expedidas en este taller acerca del funcionamiento de los componentes, diseño del circuito y creación del mismo los pasos a seguir del usuario para su funcionamiento son:
1. Coloque el circuito sobre una superficie aislante para evitar un corto.
2. Conecte la fuente de poder al toma corriente y verifique el voltaje a utilizar (aproximadamente de 5v)
3. A continuación coloque el cable amarillo (vcc) a la corriente de la fuente y el cable negro (ground) a la tierra de la fuente, recuerde que en todo el circuito se emplea el mismo color para vcc y para la tierra.
4. Si utiliza el micro switch los datos de entrada a, b, c y d corresponden a los numerados como 1, 2, 3 y 4 respectivamente; la parte superior da un estado lógico de cero y la parte de abajo un estado de uno.
5. En caso de ingresar los datos manualmente el cable de color verde blanco es la entrada b, el cable de color verde es la entrada c, el cable de color blanco café es la entrada d y el cable de color naranja es la entrada a.
Después de haber realizado el taller, elaborado el circuito con su respectivo diagrama y la tabla de verdad llegamos a la conclusión de que los datos suministrados durante el mismo son exactamente correspondientes y cumplen con nuestras expectativas tanto en la parte teórica como en la parte practica al utilizar un integrado decodificador 7447 y su respectiva visualización en el display.
Aunque no se presentaron problemas durante la ejecución del circuito integrado pudimos observar que existen diferentes componentes que se pueden emplear para facilitar la ejecución del taller como el microswitch utilizado para introducir los datos de entrada evitando así cualquier error al colocar los cables de datos de entrada manualmente.
http://azul.bnct.ipn.mx/~pfuentes/codificadores_decodificadores/codificadores_decodificadores.htm
http://www.fisc.utp.ac.pa/unidades/usi/archivos/nti/nti-1006.pdf
http://www.terra.es/personal/emmaraff/ApuntesVarios/EdEtc2/ED_ETC2_CodigoBCD.htm
http://usuarios.lycos.es/pefeco/resisparalel/paralelo.htm
http://www.cestein.es/bellisco/soldadura.html
FREDDY ALEXANDER GARCIA ARENAS