GUIA DE LABORATORIO # 4
SISTEMAS DIGITALES I

CIRCUITOS COMBINACIONALES TRANSCODIFICADORES

I.-INTRODUCCIÓN

Dentro de la familia de semiconductores hay uno que tiene la particular característica de emitir luz. La existencia de este tipo de dispositivos ha abierto un amplio campo de investigación. Este nuevo campo de investigación es la Optoelectrónica.


La optoelectrónica es el nexo de unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos. En esta área juega un papel importante el LED. Que está cada vez mas de moda. Hoy en día parece imposible mirar cualquier aparato electrónico y no ver un panel lleno de luces o de dígitos mas, o menos espectaculares. Por ejemplo, la mayoría de los walkman disponen de un piloto rojo que nos avisa que las pilas ya han agotado y que deben cambiarse. Una forma mas avanzada de LED: el LED láser es usado para generar el impulso luminoso que atraviesa las redes de fibra óptica, importante para las transmisiones de banda ancha.

Otra importante aplicación de los Diodos Emisores de Luz es el Display de 7 Segmentos que se utiliza para mostrar información acerca del estado de un aparato electrónico. Básicamente es una forma de representar los dígitos del sistema numérico que utilizamos actualmente, (0-9). En este trabajo se estudian las características y funcionamiento de este dispositivo.

II.-OBJETIVOS

OBJETIVO GENERALES.

1. Practicar el diseño sistemático de circuitos combinacionales orientados a aplicaciones prácticas, su simulación e implementación.
   


2. Verificar el funcionamiento y aplicaciones prácticas de los circuitos combinacionales en CIs de mediana escala de integración.
   

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Verificar el funcionamiento del codificador en el Programa Simulador Proteus.


2. Una vez simulado Montar el circuito en el protoboard con los componentes.


3. Comprender el funcionamiento físico y estudiar las características del Diodo Emisor de Luz(LED).
   

III.- RESUMEN:

En esta práctica, el alumno:

1. Diseñará, utilizando el método de diseño de las tablas de Karnaugh, un circuito transcodificador del código binario natural de 4 bits a otro de 7 segmentos.


2. Realizará el circuito utilizando compuertas NAND, OREX y NOT.
   


3. Simulará el funcionamiento correcto del circuito utilizando el programa de simulación PROTEUS.
   


4. Realizará el circuito en protoboard.
   

• Procedimiento

Para obtener los diferentes valores en código binario natural con las variables de entrada, acondicionar los interruptores con las correspondientes resistencias de anclaje; asimismo, acondicionar las salidas con el circuito apropiado para la excitación de una pantalla tipo LED de 7 segmentos, considerando que la misma puede ser de ánodo o cátodo común.

Parte 2

• Procedimiento
  

Montar el siguiente circuito en el PROTEUS posteriormente el protoboard.
Verificar el funcionamiento del CI 74LS48 y relacionarlo con el circuito analizado en la parte 1.

El SN74LS48N es un decodificador de BCD a 7 segmentos consistente en compuertas NAND, Buffers de entrada y siete compuertas AND-OR-INVERSORES. Siete compuertas NAND y un driver son conectados en pares para aceptar datos en BCD, invertirlos y llevarlos a las AND-OR-INVERSOR. Las compuertas NAND restantes y los buffer de tres entradas proveen Lamp test y Blanking input para el LS48.

El circuito acepta cuatro bits de DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO (BCD) y dependiendo del estado de las entradas auxiliares decodifica estos datos para manejar otros componentes. La posición relativa de los niveles lógicos de entrada también como las condiciones requeridas de las entradas auxiliares se muestran en la tabla de verdad.

El circuito LS48 incorpora las siguientes prestaciones:

§ Capacidad de modulación de intensidad luminosa de los segmentos (BI/RBO)
§ Pull-Ups internos eliminan la necesidad de resistencia externas
§ Diodos de enganche de entrada eliminan efectos de terminación de alta velocidad.

A continuación se presenta un circuito de aplicación que introduce un código BCD por el DIP y es presentado por el Display en 7 segmentos.

IV.- MARCO TEÓRICO

DIODO EMISOR DE LUZ

Un LED (Light Emitting Diode- Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite radiación visible, infrarroja o ultravioleta cuando se hace pasar un flujo de corriente eléctrica a través de este en sentido directo.

Esencialmente es una unión PN cuyas regiones P y regiones N pueden estar hechas del mismo o diferente semiconductor. El color de la luz emitida está determinado por la energía del fotón, y en general, esta energía es aproximadamente igual a la energía de salto de banda del material semiconductor en la región activa del LED.

Los elementos componentes de los LED's son transparentes o coloreados, de un material resina-epoxy, con la forma adecuada e incluye el corazón de un LED: el chip semiconductor.

Los terminales se extienden por debajo de la cápsula del LED o foco e indican cómo deben ser conectados al circuito. El lado negativo está indicado de dos formas:

1) por la cara plana del foco o,
2) por el de menor longitud. El terminal negativo debe ser conectado al terminal negativo de un circuito.

Los LED's operan con un voltaje relativamente bajo, entre 1 y 4 volts, y la corriente está en un rango entre 10 y 40 miliamperes. Voltajes y corrientes superiores a los indicados pueden derretir el chip del LED.

La parte más importante del "light emitting diode" (LED) es el chip semiconductor localizado en el centro del foco, como se ve en la figurade abajo.

El chip tiene dos regiones separadas por una juntura. La región P está dominada por las cargas positivas, y la N por las negativas. La juntura actúa como una barrera al paso de los electrones entre la región P y la N; sólo cuando se aplica el voltaje suficiente al chip puede pasar la corriente y entonces los electrones pueden cruzar la juntura hacia la región P.

Si la diferencia de potencial entre los terminales del LED no es suficiente, la juntura presenta una barrera eléctrica al flujo de electrones.

Figura. figura de un led y su chip semiconductor

El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de fabricación principalmente de los dopados.

Funcionamiento físico de un LED.

Al polarizar directamente un diodo LED conseguimos que por la unión PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P; produciéndose, por consiguiente una inyección de portadores minoritarios.

Figura: Diodo emisor de luz con la unión polarizada ensentido directo

Figura :Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo.

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad de energía proporcional al salto de banda de energía del material semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinación que se producen.

Formatos y variedad de los LED’s.

Existe una gran variedad de formas, intensidades luminosas, dimensiones, colores, etc. Hay diversas empresas que ofrecen dispositivos que mejoran la eficiencia en la utilización de los LED, creando un soporte externo a éste que en la mayoría de casos es más bien de tipo mecánico. Por ejemplo, una de ellas, además de los LED’s con encapsulado SMD, los intermitentes que incorporan un circuito integrado en su interior para generar intermitencias de 3 Hz., y las matrices de LED’s miniatura, se dedica a fabricar principalmente reflectores, monturas, soportes, LED’s con cablecillos etc.

Diferentes formas de representación de caracteres con LED’s.

figura. Esquemas de aplicaciones de LED’s. Display de 7 segmentos

Figura . Esquemas de aplicaciones de LED’s

Decodificador 7 Segmentos

Muchas presentaciones numéricas en dispositivos de visualización utilizan una configuración de 7 segmentos, para formar los caracteres decimales del 0 al 9 y algunas veces los caracteres hexadecimales de A a F. Cada segmento está hecho de un material que emite luz cuando se pasa corriente a través de él. Los materiales que se utilizan mas comúnmente incluyen diodo emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) y filamentos incandescentes. Los patrones de segmento que sirven para presentar los diversos dígitos. Por ejemplo, para el dígito 6 los segmentos c, d, e, f y g se encienden, en tanto que los segmentos a y b se apagan.
Se utiliza un decodificador/manejador a 7 segmentos para tomar una entrada BCD de 4 bits y dar salidas que pasarán corriente a través de los segmentos indicados para presentar el dígito decimal. La lógica de este decodificador es más complicada que las que se analizaron anteriormente, debido a que cada salida es activada por mas de una combinación de entrada. Por ejemplo, el segmento e debe ser activado para cualquiera de los dígitos 0, 2, 6 y 8, lo cual significa que cuando cualquiera de los códigos 0000, 0010, 0110 o bien 1000 ocurra.

V.- LISTADO DE MATERIALES

1. Protoboard o entrenador digital
2. CIs TTL
3. Pantalla LED de 7 segmentos
4. Interruptores para entrada de datos.
5. Resistencias de 330Ohm, 10K, 4.7K 1/2W
6. Transistor NPN

VI.- LABORATORIO

Para realizar este laboratorio primeramente realizamos el circuito en el simulador proteus obteniendo estos dos circuitos:

Compuertas NAND

Compuertas AND, OR, NOT

Luego de haber verificado su obtimo funcionamiento, procedimos a realizar el decodificador en el entrenador.

VII.- CONCLUSIONES

A lo largo del curso su pudo aprender a utililiar el programa simulador proteus, asi tambien la utilizqcion del entrenador digital

que nos sirvio para montar los circuitos a utilizar luego de comprobar con anterioridad su funcionamiento en el proteus.

Tambien se pudo comprender el funcionamiento del diodo emisor de luz (LED), asi tambien como sus caracteristicas de funcionamiento, asi tambien sus diversas aplicaciones como por ejemplo el display de 7 segmentos que se utiliza para mostrar informacion acerca dekl estado de un aparato electronico.


VIII.- FE DE ERRATAS

Tardamos mucho en poder realizar nuestros laboratorios ya que no habian muchos entrenadores para poder montar los circuitos ni muchas computadoras para simular su funcionamiento.

al no poder montar bien nuestros circuitos se nos quemaban algunos componentes, tambien nos equivocabamos al utilizar integrados incorrectos