Kit23 simuladores

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Kit simulador de electrónica analógica

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Kit23 simuladores

  1. 1. Serie: Recursos didácticosTapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.
  2. 2. a u t o r i d a d e sPRESIDENTE DE LA NACIÓNDr. Néstor KirchnerMINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍALic. Daniel FilmusDIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. María Rosa AlmandozDIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. Juan Manuel Kirschenbaum
  3. 3. Simuladores interconectablesbasados en lógica digitalMaría Claudia CesettiAdrián FrapicciniDaniel CescaDaniel Pace
  4. 4. Colección Serie “Recursos didácticos”.Director del Programa: Juan Manuel Kirschenbaum.Coordinadora general: Haydeé Noceti.Distribución de carácter gratuito.Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.Industria Argentina.ISBN 950-00-0532-8Cesetti, María ClaudiaSimuladores interconectables basados en lógica digital / María Claudia Cesetti;Adrián Frapiccini; Daniel Cesca; coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2006.152 p. + 1 CD ROM ; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 23)ISBN 950-00-0532-81. Electrónica Digital. I. Frapiccini, Adrián II. Cesca, DanielIII. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. IV. TítuloCDD 621.381 3Fecha de catalogación: 3/01/2006Impreso en MDC MACHINE S. A., Marcelo T. de Alvear 4346 (B1702CFZ), Ciudadela,en marzo 2006Tirada de esta edición: 2.000 ejemplares
  5. 5. Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-MaterialesSerie: “Recursos didácticos” 1 Invernadero automatizado 2 Probador de inyectores y de motores paso a paso 3 Quemador de biomasa 4 Intercomunicador por fibra óptica 5 Transmisor de datos bidireccional por fibra óptica, entre computadoras 6 Planta potabilizadora 7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido 8 Estufa de laboratorio 9 Equipamiento EMA –características físicas de los materiales de construcción– 10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas 11 Biodigestor 12 Entrenador en lógica programada 13 Entorno de desarrollo para programación de microcontroladores PIC 14 Relevador de las características de componentes semiconductores 15 Instalación sanitaria de una vivienda 16 Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios 17 Cargador semiautomático para máquinas a CNC de accionamiento electroneumático 18 Biorreactor para la producción de alimentos 19 Ascensor 20 Pila de combustible 21 Generador eólico 22 Auto solar 23 Simuladores interconectables basados en lógica digital 24 Banco de trabajo 25 Matricería. Matrices y moldes 26 Máquina de vapor 27 Sismógrafo 28 Tren de aterrizaje 29 Manipulador neumático 30 Planta de tratamiento de aguas residualesMinisterio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.
  6. 6. LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA El Instituto Nacional de Educación nico-profesional, en el marco de los acuer- Tecnológica -INET- enmarca sus líneas de dos y resoluciones establecidos por el acción, programas y proyectos, en las metas Consejo Federal de Cultura y Educación. de: • Diseñar y desarrollar un plan anual de • Coordinar y promover programas capacitación, con modalidades presen- nacionales y federales orientados a for- ciales, semipresenciales y a distancia, con talecer la educación técnico-profesional, sede en el Centro Nacional de Educación articulados con los distintos niveles y ci- Tecnológica, y con nodos en los Centros clos del sistema educativo nacional. Regionales de Educación Tecnológica y las Unidades de Cultura Tecnológica. • Implementar estrategias y acciones de cooperación entre distintas entidades, • Coordinar y promover programas de instituciones y organismos –gubernamen- asistencia económica e incentivos fis- tales y no gubernamentales-, que permi- cales destinados a la actualización y el tan el consenso en torno a las políticas, desarrollo de la educación técnico-profe- los lineamientos y el desarrollo de las sional; en particular, ejecutar las ofertas educativas, cuyos resultados sean acciones relativas a la adjudicación y el considerados en el Consejo Nacional de control de la asignación del Crédito Educación-Trabajo –CoNE-T– y en el Fiscal –Ley Nº 22.317–. Consejo Federal de Cultura y Educación. • Desarrollar mecanismos de cooperación • Desarrollar estrategias y acciones desti- internacional y acciones relativas a dife- nadas a vincular y a articular las áreas de rentes procesos de integración educativa; educación técnico-profesional con los en particular, los relacionados con los sectores del trabajo y la producción, a países del MERCOSUR, en lo referente a escala local, regional e interregional. la educación técnico-profesional. • Diseñar y ejecutar un plan de asistencia Estas metas se despliegan en distintos pro- técnica a las jurisdicciones en los aspectos gramas y líneas de acción de responsabilidad institucionales, pedagógicos, organizativos de nuestra institución, para el período 2003- y de gestión, relativos a la educación téc- 2007:VIII
  7. 7. Programa 1. Formación técnica, media y Programa 7. Secretaría ejecutiva del Consejosuperior no universitaria: Nacional de Educación Trabajo –CoNE-T–. 1.1. Homologación y validez nacional de Programa 8. Cooperación internacional. títulos. 1.2. Registro nacional de instituciones de Los materiales de capacitación que, en esta formación técnica. ocasión, estamos acercando a la comunidad 1.3. Espacios de concertación. educativa a través de la serie “Recursos 1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati- didácticos”, se enmarcan en el Programa 5 vas. del INET, focalizado en el mejoramiento de la enseñanza y del aprendizaje de la Tec- 1.5. Fortalecimiento de la gestión institu- nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro- cional; equipamiento de talleres y la- pósitos es el de: boratorios. 1.6. Prácticas productivas profesiona- • Desarrollar materiales de capacitación lizantes: Aprender emprendiendo. destinados, por una parte, a la actua-Programa 2. Crédito fiscal: lización de los docentes de la educación técnico-profesional, en lo que hace a co- 2.1. Difusión y asistencia técnica. nocimientos tecnológicos y científicos; y, 2.2. Aplicación del régimen. por otra, a la integración de los recursos 2.3. Evaluación y auditoría. didácticos generados a través de ellos, enPrograma 3. Formación profesional para el las aulas y talleres, como equipamientodesarrollo local: de apoyo para los procesos de enseñanza y de aprendizaje en el área técnica. 3.1. Articulación con las provincias. 3.2. Diseño curricular e institucional. Estos materiales didácticos han sido elabora- 3.3. Información, evaluación y certifi- dos por especialistas del Centro Nacional de cación. Educación Tecnológica del INET y por espe-Programa 4.Educación para el trabajo y la cialistas convocados a través del Programa deintegración social. las Naciones Unidas para el Desarrollo –PNUD– desde su línea “ConocimientosPrograma 5. Mejoramiento de la enseñanza científico-tecnológicos para el desarrollo dey del aprendizaje de la Tecnología y de la equipos e instrumentos”, a quienes estaCiencia: Dirección expresa su profundo reconoci- 5.1. Formación continua. miento por la tarea encarada. 5.2. Desarrollo de recursos didácticos. María Rosa AlmandozPrograma 6. Desarrollo de sistemas de infor- Directora Ejecutiva del Instituto Nacional demación y comunicaciones: Educación Tecnológica. 6.1. Desarrollo de sistemas y redes. Ministerio de Educación, Ciencia y 6.2. Interactividad de centros. Tecnología IX
  8. 8. LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA Desde el Centro Nacional de Educación tación continua para profesores de educación Tecnológica –CeNET– encaramos el diseño, técnico-profesional, implementando trayec- el desarrollo y la implementación de proyec- tos de actualización. En el CeNET contamos tos innovadores para la enseñanza y el apren- con quince unidades de gestión de apren- dizaje en educación técnico-profesional. dizaje en las que se desarrollan cursos, talleres, pasantías, conferencias, encuentros, El CeNET, así: destinados a cada educador que desee inte- grarse en ellos presencialmente o a distancia. • Es un ámbito de desarrollo y evaluación de metodología didáctica, y de actuali- Otra de nuestras líneas de trabajo asume la zación de contenidos de la tecnología y responsabilidad de generar y participar en de sus sustentos científicos. redes que vinculan al Centro con organismos • Capacita en el uso de tecnología a do- e instituciones educativos ocupados en la centes, profesionales, técnicos, estudian- educación técnico-profesional, y con organis- tes y otras personas de la comunidad. mos, instituciones y empresas dedicados a la tecnología en general. Entre estas redes, se • Brinda asistencia técnica a autoridades e- encuentra la Red Huitral, que conecta a ducativas jurisdiccionales y a edu- CeNET con los Centros Regionales de cadores. Educación Tecnológica -CeRET- y con las • Articula recursos asociativos, integrando Unidades de Cultura Tecnológica –UCT– a los actores sociales involucrados con la instalados en todo el país. Educación Tecnológica. También nos ocupa la tarea de producir Desde el CeNET venimos trabajando en dis- materiales de capacitación docente. Desde tintas líneas de acción que convergen en el CeNET hemos desarrollado distintas series objetivo de reunir a profesores, a especialistas de publicaciones –todas ellas disponibles en en Educación Tecnológica y a representantes el espacio web www.inet.edu.ar–: de la industria y de la empresa, en acciones compartidas que permitan que la educación • Educación Tecnológica, que abarca mate- técnico-profesional se desarrolle en la escuela riales que posibilitan una definición cu- de un modo sistemático, enriquecedor, pro- rricular del área de la Tecnología en el fundo... auténticamente formativo, tanto para ámbito escolar y que incluye marcos los alumnos como para los docentes. teóricos generales, de referencia, acerca del área en su conjunto y de sus con- Una de nuestras líneas de acción es la de di- tenidos, enfoques, procedimientos y señar y llevar adelante un sistema de capaci- estrategias didácticas más generales.X
  9. 9. • Desarrollo de contenidos, nuestra segunda estrategias –curriculares, didácticas y serie de publicaciones, que nuclea fascícu- referidas a procedimientos de construc- los de capacitación en los que se profun- ción– que permiten al profesor de la edu- diza en los campos de problemas y de cación técnico-profesional desarrollar, contenidos de las distintas áreas del cono- con sus alumnos, un equipamiento cimiento tecnológico, y que recopila, tam- específico para integrar en sus clases. bién, experiencias de capacitación docente desarrolladas en cada una de estas áreas. Desde esta última serie de materiales de capacitación, nos proponemos brindar he-• Educación con tecnologías, que propicia el rramientas que permitan a los docentes no uso de tecnologías de la información y de sólo integrar y transferir sus saberes y capaci- la comunicación como recursos didácti- dades, sino también, y fundamentalmente, cos, en las clases de todas las áreas y acompañarlos en su búsqueda de soluciones espacios curriculares. creativas e innovadoras a las problemáticas con las que puedan enfrentarse en el proceso• Educadores en Tecnología, serie de publica- de enseñanza en el área técnica. ciones que focaliza el análisis y las pro- puestas en uno de los constituyentes del En todos los casos, se trata de propuestas de proceso didáctico: el profesional que enseñanza basadas en la resolución de pro- enseña Tecnología, ahondando en los blemas, que integran ciencias básicas y rasgos de su formación, de sus prácticas, tecnología, y que incluyen recursos didácti- de sus procesos de capacitación, de su cos apropiados para la educación vinculación con los lineamientos curricu- técnico–profesional. lares y con las políticas educativas, de interactividad con sus alumnos, y con Los espacios de problemas tecnológicos, las sus propios saberes y modos de hacer. consignas de trabajo, las estrategias de enseñanza, los contenidos involucrados y,• Documentos de la escuela técnica, que finalmente, los recursos didácticos están difunde los marcos normativos y curricu- planteados en la serie de publicaciones que lares que desde el CONET –Consejo aquí presentamos, como un testimonio de Nacional de Educación Técnica- deli- realidad que da cuenta de la potencialidad nearon la educación técnica de nuestro educativa del modelo de problematización en país, entre 1959 y 1995. el campo de la enseñanza y del aprendizaje de la tecnología, que esperamos que resulte• Ciencias para la Educación Tecnológica, de utilidad para los profesores de la edu- que presenta contenidos científicos aso- cación técnico-profesional de nuestro país. ciados con los distintos campos de la tec- nología, los que aportan marcos concep- tuales que permiten explicar y funda- mentar los problemas de nuestra área. Juan Manuel Kirschenbaum Director Nacional del Centro Nacional de• Recursos didácticos, que presenta con- Educación Tecnológica. tenidos tecnológicos y científicos, Instituto Nacional de Educación Tecnológica XI
  10. 10. LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS” Desde esta serie de publicaciones del Centro tecnológicos y conceptos científicos aso- Nacional de Educación Tecnológica, nos pro- ciados. ponemos: 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construc- • Poner a consideración de los educadores ción y el funcionamiento del equipo. un equipamiento didáctico a integrar en Aquí se describe el equipo terminado y se los procesos de enseñanza y de apren- muestra su esquema de funcionamiento; dizaje del área técnica que coordinan. se presentan todas sus partes, y los mate- • Contribuir a la actualización de los riales, herramientas e instrumentos nece- docentes de la educación técnico-profe- sarios para su desarrollo; asimismo, se sional, en lo que hace a conocimientos pauta el “paso a paso” de su construc- tecnológicos y científicos. ción, armado, ensayo y control. Inicialmente, hemos previsto el desarrollo de 4 El equipo en el aula. En esta parte del veinte publicaciones con las que intentamos material escrito, se retoman las situa- abarcar diferentes contenidos de este campo ciones problemáticas iniciales, aportando curricular vastísimo que es el de la educación sugerencias para la inclusión del recurso técnico-profesional. didáctico construido en las tareas que docente y alumnos concretan en el aula. En cada una de estas publicaciones es posible 5 La puesta en práctica. Este tramo de reconocer una estructura didáctica común: la publicación plantea la evaluación del material didáctico y de la experien- 1 Problemas tecnológicos en el aula. En cia de puesta en práctica de las estrate- esta primera parte del material se gias didácticas sugeridas. Implica una describen situaciones de enseñanza y de retroalimentación –de resolución vo- aprendizaje del campo de la educación luntaria– de los profesores destinata- técnico-profesional centradas en la re- rios hacia el Centro Nacional de solución de problemas tecnológicos, y se Educación Tecnológica, así como el presenta una propuesta de equipamiento punto de partida para el diseño de didáctico, pertinente como recurso para nuevos equipos. resolver esas situaciones tecnológicas y didácticas planteadas. Esta secuencia de cuestiones y de momentos 2 Encuadre teórico para los problemas. didácticos no es azarosa. Intenta replicar –en En vinculación con los problemas didác- una producción escrita– las mismas instancias ticos y tecnológicos que constituyen el de trabajo que los profesores de Tecnología punto de partida, se presentan conceptos ponemos en práctica en nuestras clases:XII
  11. 11. XIII
  12. 12. Es a través de este circuito de trabajo (pro- desencadenante– suele estar distribuida blema-respuestas iniciales-inclusión teórica- materialmente –en equipamiento, en respuestas más eficaces) como enseñamos y materiales, en herramientas–. como aprenden nuestros alumnos en el área: No es lo mismo contar con este equipamien- • La tarea comienza cuando el profesor to que prescindir de él. presenta a sus alumnos una situación codificada en la que es posible recono- Por esto, lo que cer un problema tecnológico; para con- intentamos des- Caracterizamos como figurar y resolver este problema, es nece- de nuestra serie recurso didáctico a to- sario que el grupo ponga en marcha un de publicacio- do material o compo- nente informático se- proyecto tecnológico, y que encare análi- nes es acercar al leccionado por un edu- sis de productos o de procesos desarro- profesor distin- cador, quien ha evalua- llados por distintos grupos sociales para tos recursos di- do en aquél posibili- resolver algún problema análogo. dácticos que a- dades ciertas para ac- Indudablemente, no se trata de cualquier yuden a sus a- tuar como mediador entre un problema de la problema sino de uno que ocasiona lumnos en esta realidad, un contenido obstáculos cognitivos a los alumnos tarea de proble- a enseñar y un grupo respecto de un aspecto del mundo artifi- matización y de de alumnos, facilitando cial que el profesor –en su marco curri- intervención procesos de compren- cular de decisiones– ha definido como –sustentada sión, análisis, profundi- zación, integración, relevante. teórica y técni- síntesis, transferencia, camente– en el producción o evalua- • El proceso de enseñanza y de aprendiza- mundo tecno- ción. je comienza con el planteamiento de esa lógico. situación tecnológica seleccionada por el profesor y con la construcción del espa- cio-problema por parte de los alumnos, y Al seleccionar los recursos didácticos que continúa con la búsqueda de respuestas. forman parte de nuestra serie de publica- ciones, hemos considerado, en primer térmi- • Esta detección y construcción de no, su potencialidad para posibilitar, a los respuestas no se sustenta sólo en los alumnos de la educación técnico-profesional, conocimientos que el grupo dispone configurar y resolver distintos problemas tec- sino en la integración de nuevos con- nológicos. tenidos. Y, en segundo término, nos preocupó que • El enriquecimiento de los modos de “ver” cumplieran con determinados rasgos que les y de encarar la resolución de un proble- permitieran constituirse en medios eficaces ma tecnológico –por la adquisición de del conocimiento y en buenos estructurantes nuevos conceptos y de nuevas formas cognitivos, al ser incluidos en un aula por un técnicas de intervención en la situación profesor que los ha evaluado como perti-XIV
  13. 13. nentes. Las cualidades que consideramos plejidad).fundamentales en cada equipo que promove- • Reutilización (los diversos componentes,mos desde nuestra serie de publicaciones bloques o sistemas pueden ser desmonta-”Recursos didácticos”, son: dos para volver al estado original). • Modularidad (puede adaptarse a diversos • Incrementabilidad (posibilidad de ir usos). agregando piezas o completando el equipo en forma progresiva). • Resistencia (puede ser utilizado por los alumnos, sin peligro de romperse con facilidad). • Seguridad y durabilidad (integrado por materiales no tóxicos ni peligrosos, y durables). • Adaptabilidad (puede ser utilizado en el taller, aula o laboratorio). • Acoplabilidad (puede ser unido o combi- nado con otros recursos didácticos). • Compatibilidad (todos los componentes, bloques y sistemas permiten ser integra- dos entre sí). • Facilidad de armado y desarmado (posi- bilita pruebas, correcciones e incorpo- ración de nuevas funciones). • Pertinencia (los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuados para el trabajo con los contenidos cu- rriculares de la educación técnico-pro- fesional). • Fiabilidad (se pueden realizar las tareas preestablecidas, de la manera esperada). • Coherencia (en todos los componentes, bloques funcionales o sistemas se siguen Haydeé Noceti las mismas normas y criterios para el Coordinadora de la acción “Conocimientos armado y utilización). científico-tecnológicos para el desarrollo de • Escalabilidad (es posible utilizarlo en equipos e instrumentos”. proyectos de diferente nivel de com- Centro Nacional de Educación Tecnológica XV
  14. 14. 23. Simuladores interconectables basados en lógica digital
  15. 15. Este material de capacitación fue desarrollado por: María Claudia Cesetti Es ingeniera electrónica (Universidad Nacional del Sur) e ingeniera laboral (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca), con capacitación docente para profe- sionales. Es docente en la Escuela de Educación Técnica Nº 2 de Bahía Blanca, en las áreas de Electrónica e Informática. Se desempeña como secretaria del Departamento de Electrónica en la EET Nº2. Adrián Frapiccini Es técnico electrónico y técnico superior en informática, con capacitación docente para pro- fesionales. Es docente en la Escuela de Dirección del Programa: Educación Técnica Nº 2 y en el Instituto Juan Manuel Kirschenbaum Técnico "La Piedad" de Bahía Blanca, en las áreas de Electrónica e Informática. Coordinación general: Haydeé Noceti Daniel Cesca Diseño didáctico: Es ingeniero electricista con orientación elec- Ana Rúa trónica, con capacitación docente para profesio- nales. Es docente en la Escuela de Educación Administración: Técnica Nº 2 de Bahía Blanca, en las áreas de Adriana Perrone Electrónica, Electricidad e Informática. Se Monitoreo y evaluación: desempeña como Jefe del Departamento de Laura Irurzun Electrónica de la EET Nº2. Fue Miembro de Diseño gráfico: Comisión Mixta en el convenio de articulación Tomás Ahumada y acreditación académica, entre la Universidad Karina Lacava Tecnológica Nacional (Facultad Regional Bahía Alejandro Carlos Mertel Blanca) y la EET Nº 2. Participó en jornadas de Diseño de tapa: definición de diseño curricular de los trayectos Laura Lopresti técnico-profesionales de la orientación Juan Manuel Kirschenbaum Electrónica, en la provincia de Buenos Aires. Diseño de CD: Daniel Pace Sergio Iglesias Es ingeniero electrónico, con capacitación Retoques fotográficos: docente para profesionales. Es docente en las Roberto Sobrado Escuelas de Educación Técnica Nº 2 y Nº 3 de Bahía Blanca, en las áreas de Electrónica e Con la colaboración Informática. Se desempeña como profesional del equipo de profesionales personal civil en la Armada Argentina. del Centro Nacional de Educación Tecnológica2
  16. 16. Las metas, los programas y las líneas de acción del Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica XÍndice La serie “Recursos didácticos” XII 1 El recurso didáctico que proponemos 4 2 El encuadre teórico 9 • Sistemas y códigos de numeración • Álgebra de Boole • Circuitos integrados digitales • Lógica combinacional por bloques • Lógica secuencial • Microcontroladores • Dispositivos relacionados con el equipo 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del equipo 77 • La programación de los microcontroladores PIC. El entorno MPLAB® • El equipo • Los componentes • El desarrollo del circuito impreso • Los canales por los que llega el programa al PIC • Otras consideraciones útiles para el manejo del equipo 4 El equipo en el aula 103 • Los pasos en la generación de un proyecto • Las utilidades del sistema de simuladores • Otras posibilidades 5 La puesta en práctica 112 Anexo CD con circuitos eléctricos, ruteos de pistas y vistas de cada una de las placas de los simuladores.
  17. 17. 1. EL RECURSO DIDÁCTICO QUE PROPONEMOS En nuestra escuela, la Escuela de Educación crítica y de diagnóstico de los alumnos, su Técnica Nº 2 de Bahía Blanca -provincia de trabajo en equipo, y la actitud positiva ante la Buenos Aires-, se desarrolla el espacio curri- innovación y el adelanto tecnológico. cular "Instrumentos y herramientas de desa- rrollo aplicado". Desde "Instrumentos y herramientas de desarrollo aplicado" organizamos los apren- En esta asignatura se abordan competencias dizajes de nuestros alumnos en torno a un de un tercer nivel de complejidad de las téc- problema central que da unidad a los con- nicas digitales electrónicas, las que permiten tenidos y actividades, y que permite un profundizar el desarrollo práctico de los con- enfoque pluridisciplinario en el desarrollo de tenidos y la integración de éstos a sistemas las subáreas de competencia. electrónicos reales, afianzando la capacidad SUBÁREAS DE COMPETENCIA Diseñar y desarrollar productos de electrónica digital. Programar microcontroladores. Determinar las pruebas, ajustes y ensayos de calidad de los productos diseñados. Montar y poner en marcha los sistemas electrónicos diseñados. Seleccionar los componentes a utilizar en el montaje. Manejar los instrumentos de medición, relacionándolos adecuadamente. Identificar un emprendimiento y, luego, programarlo.4
  18. 18. En nuestra tarea de diseño de las actividades grar herramientas de programación y de si-de enseñanza y de aprendizaje, incorpo- mulación de los problemas reales cuyaramos criterios cognitivos orientados resolución encaran:a garantizar que, a partir de ellas, losestudiantes pongan en juego capacidades • programas de desarrollo para la simu-complejas, transferibles a diferentes contex- lación, edición y búsqueda de errores entos. el programa realizado como solución planteada,"Instrumentos y herramientas de desarrolloaplicado" se organiza curricularmente a par- •programas que se ocupen de grabar eltir de las pautas de: microcontrolador a usar, • sistema electrónico que permita cargar el • Proyectar sistemas microcontrolados programa realizado en el microcontro- para las distintas aplicaciones electróni- lador, cas. • sistema electrónico que permita probar el • Controlar, a través de equipos electróni- sistema, sin necesidad de reconstruir cos inteligentes, el funcionamiento de todo el problema. sistemas. • Diseñar programas informáticos, en len- Para contar con las mejores herramientas de guaje de bajo nivel, para la operación de trabajo en cada uno de estos rubros, nos ha equipos. resultado útil integrar el programa MPLAB®1 • Operar equipos programables. que realiza las tareas de edición, simulación y búsqueda de errores de los programas que en • Mantener el funcionamiento de sistemas él se desarrollan. microcontrolados.Las actividades formativas priorizan el traba- Es nuestra experiencia con este programajo concreto de los estudiantes con los dispo- y con el equipo asociado que desarrolla-sitivos, componentes y equipos electrónicos, mos desde la EET N° 2 de Bahía Blanca,la resolución de problemas en los que la que queremos compartir con usted.ejerciten sus capacidades, el análisis de con-tenidos específicos y el uso de textos espe-cializados: manuales, folletería industrial,procedimientos y normas. Respecto de los programas que se ocupan de grabar el microcontrolador, en nuestrasPara cumplir con esta organización de la clases integramos distintos software quetarea educativa, nuestros alumnos -que yacuentan con nociones acerca de microcontro- 1 MPLAB® es accesible y se puede obtener gratuitamente enladores y de sus aplicaciones- necesitan inte- www.microchip.com. 5
  19. 19. también vamos a presentar en este material de capacitación, a los que se puede acceder En esta estación de trabajo, los alumnos fácilmente por Internet; Por ejemplo, pueden simular con el software de apli- el EPICWin® para el paralelo, Noop® o cación (MPLAB®), grabar en el microcon- ICprog® para el serie o el ProPI® para ambos trolador elegido y, finalmente, probar el puertos. programa planteado como solución de cualquier situación real, sin necesidad Además de integrar estos programas, nues- de armar un circuito individual para cada tros alumnos diseñan un programador de aplicación. microcontrolador y lo construyen con com- ponentes que se consiguen en el mercado a un costo razonable. También vamos a relatar- Esta experiencia de enseñanza nos ha permi- le pormenorizadamente esta parte de nuestra tido integrar a las clases un modelo eficaz experiencia. para que los alumnos experimenten y obser- ven los cambios en los distintos programas y, Finalmente, compartiremos con usted cómo con ello, las distintas alternativas en los sis- los estudiantes arman un sistema universal temas que han de ser controladas con estos compuesto por tarjetas de interconexión que dispositivos, simulando y ensayando varia- engloba la posibilidad de probar muchos das situaciones, en entornos que se aproxi- proyectos sin realizar demasiadas modifica- man cada vez más a situaciones de trabajo ciones y que sólo requiere de la interco- del campo real. nexión de componentes básicos de un sis- tema de prueba. Con ella, nuestros alumnos En nuestra tarea en la EET N° 2 de Bahía optimizan espacio, seguridad, dinero y riesgo Blanca, el equipo simuladores interconecta - de conexiones equivocadas, y cuentan con la bles basados en lógica digital ha constituido posibilidad de probar cualquier circuito de un recurso didáctico versátil de entrenamien- distinto grado de complejidad, realizando un to para microcontroladores PIC Microchip® conexionado mínimo. en toda su gama flash. El programador y el simulador resultan, Su versatilidad radica en que permite progra- entonces, las partes constitutivas de la mar, probar y simular los distintos proyectos estación de trabajo que nuestros alumnos realizados in circuit, es decir sin necesidad de diseñan, desarrollan, prueban y ponen quitar el microcontrolador de la placa y con en marcha. Esta estación de trabajo -que el uso de dispositivos externos interconecta- se completa con los programas que dos a ésta. mencionamos, con una PC y con docu- mentación técnica- se convierte, así, en el El equipo permite conectar distintas placas, practicum en el que desarrollamos nuestra de acuerdo con la necesidad que cada asignatura. proyecto tecnológico plantea: desde el encendido de un simple led o una barra de6
  20. 20. led, hasta el manejo de un display de 7 seg- rimentar con la totalidad de las instruccionesmentos, por ejemplo. del microcontrolador, sin necesidad de com- ponentes adicionales.Por su interconectabilidad -rasgo quedeseamos enfatizar en el título de esta obra-, El hecho de contar en la placa principal conel equipo no queda limitado al grado de posi- tres zócalos permite aceptar todas las va-bilidades para las que se lo ha diseñado sino riedades de microcontroladores PIC, con laque puede ser ampliado a otras nuevas, posibilidad de trabajar con osciladores RC odefinidas por el usuario, y permite expe- cristal de cuarzo. SIMULADORES INTERCONECTABLES BASADOS EN LÓGICA DIGITAL Sistema principal Placa principal Zócalos Osciladores Conectores Placa fuente de alimentación general Placa programador serie Programador paralelo Hardware periférico 7
  21. 21. Modelizar este tipo de placas nos permite -y desde el control de las variables más sencillas esperamos que también a usted y a sus -por ejemplo, de apertura y de cierre de alumnos- contar con estaciones de trabajo en válvulas- hasta las más complejas -por ejem- las que los estudiantes puedan desarrollar plo, en sistemas de control realimentado-.8
  22. 22. 2. EL ENCUADRE TEÓRICOEn esta parte de nuestro material vamos apresentarle, a manera de referencia, la infor- Sistemas y códigos demación teórica2 necesaria para desarrollar numeraciónalgunos circuitos, empezando por los másbásicos y sencillos, los que permiten utilizar La noción de cantidad está asociada con lalos simuladores interconectables basados en necesidad de representar un conjunto delógica digital que proponemos. objetos. Esta noción se manifiesta por medio de números y éstos, por razones de practici-La ventaja de trabajar con sistemas digitales dad, a través de símbolos. Para operarlos enconsiste en que éstos son mucho más eficaces, forma eficaz, también se debe definir un con-rápidos, sistemáticos, seguros y confiables junto de reglas de operación.que los sistemas analógicos. Por otra parte, lossistemas digitales pueden trabajar con más Las distintas culturas han adoptado diversasinformación -esto es, con una mayor rapidez formas de simbolizar los números. Porde su flujo- que los sistemas analógicos. ejemplo, los romanos utilizaban signos de valor creciente que se agrupaban de derechaEsto no quiere decir que los sistemas digitales a izquierda, sumándose o restándose, segúnhayan desplazado a los analógicos; cada uno requiriera el orden decreciente o no: I, V, X,tiene sus aplicaciones bien definidas; pero, en L, C, D, M.este material de capacitación vamos a tomaren cuenta algunas características de los sis- Ejemplos:temas digitales y subsistemas asociados. CXVII = 100 + 10 + 5 + 1 + 1 MCMV = 1.000 + (1.000 - 100) + 5 Toda señal analógica puede, tam- bién, utilizarse como entrada al Los pueblos orientales y americanos desarro- simulador digital, teniendo en cuenta que, llaron sistemas posicionales, basados en un previamente, será convertida por algún conjunto limitado de símbolos, entre los módulo que, sin problemas, se inter- cuales se incluye el cero para indicar la conecte al equipo. ausencia de elementos. En estos sistemas cada símbolo, además del valor que posee2 Le proponemos ampliarla con: considerado aisladamente, tiene un significa- • Ginzburg, Mario Carlos. Introducción a las técnicas digi- do o peso distinto, según la ubicación que tales con circuitos integrados. Edición del autor. ocupa en el grupo de caracteres. • Mandado, Enrique (1980; 3° ed.) Sistemas electrónicos digitales. Marcombo. • Pérez, Julio M. (1980) Técnicas digitales I y II. Arsenal En un sistema de base b (cantidad de carac- Naval Puerto Belgrano. 9
  23. 23. teres), un número N cualquiera se puede re- presentar mediante un polinomio de poten- La utilización de una base dos en los cias de la base, multiplicadas por un símbolo equipos de cálculo y control automático se perteneciente al sistema: debe a la seguridad y rapidez de respues- ta, como así también a la sencillez de las N = An-1 . bn-1 + An-2 . bn-2 + ... + Ai . bi + operaciones aritméticas que compensan la necesidad de un mayor número de + ... + A0 . b0 + A-1 . b-1 + ... + A-p . b-p cifras. Donde: • b = Base de numeración. La suma binaria A + B toma el valor uno cuando sólo uno de los sumandos tiene • N = Número de dígitos enteros. dicho valor. Cuando ambos tienen valor uno, • Ai = Número perteneciente al sistema ⇒ la suma es cero y se produce un uno de ⇒ 0 Յ Ai < b. acarreo. Decimal Binario Octal Hexadecimal 0001 10111 + 0101 + 10001 0 0000 0 0 0110 + 1011 1 0001 1 1 2 0010 2 2 110011 3 0011 3 3 ¿Qué sucede con la resta binaria (por com- 4 0100 4 4 plemento a uno)? Se halla el complemento 5 0101 5 5 del sustraendo y se le suma al minuendo. 6 0110 6 6 Luego, se quita una unidad del transporte y 7 0111 7 7 se suma al resultado anterior, con lo que se 8 1000 10 8 tiene el resultado buscado. 9 1001 11 9 10 1010 12 A Para el caso A Ͼ B, consideremos un ejem- 11 1011 13 B 12 1100 14 C plo en decimal y binario, con el proce- 13 1101 15 D dimiento citado: 14 1110 16 E A 26 26 A 11010 11010 15 1111 17 F -B - 07 + 92 -B - 00111 + 11000 20 10 ? 118 110010 +1 +1 19 10011 Sistema binario Un convenio para la representación de números negativos es el empleo de un bit de Este sistema solamente utiliza dos símbolos signo en el extremo izquierdo del número distintos: 0 y 1, los que reciben el nombre correspondiente. Para nosotros, bit de signo de bit. 0 + y 1-.10
  24. 24. Otro ejemplo de A B usando bit de signo: Estos conocimientos sobre cómo se A 0 25 0 25 A 0 11001 0 11001 realizan las operaciones matemáticas en-B - 0 18 - 1 81 - B - 0 10010 - 1 01101 forma binaria son de utilidad, en el momento de ? 1 0 06 1 0 00110 comprender el funcionamiento interno del microcontrolador puesto que, de esta manera, +1 +1 es como se realizan las distintas operaciones 0 07 0 00111 matemáticas dentro de cualquier procesador digital como es el caso del utilizado enConsideremos el caso de A Ͻ B. El hecho de este módulo digital.dar un número negativo en la resta binaria sedetecta pues no aparece un 1 de transporteque excede la cantidad máxima de dígitos del El código establece una correspondenciaproblema. Eso indica que debemos comple- entre un conjunto de informaciones y otro dementar el resultado. símbolos.Por ejemplo: 18 - 25 El sistema binario recibe el nombre de código binario natural: Con N cifras binarias A 0 10010 0 10010 o bit se pueden obtener 2N combinaciones -B - 0 11001 - 1 00110 diferentes. ? 1 11000 1 00111 Si del código 8421, que permite 16 combina-Se entiende por código a una representación ciones, sólo usamos las 10 primerasunívoca de las cantidades, de tal forma que a correspondientes a los números del 0 al 9cada una de éstas se asigna una combinación del sistema decimal, se obtiene el códigode símbolos determinada. BCD natural -Decimal codificado en binario-. Tabla de códigos BCD AIKEN BINNAT 5421 EXC. TRES Johnson Decimal GRAY natural (BCD) 8421 (BCD) (BCD) (BCD) 8421 2421 0 0000 0000 0000 0000 0000 0011 00000 1 0001 0001 0001 0001 0001 0100 00001 2 0010 0011 0010 0010 0010 0101 00011 3 0011 0010 0011 0011 0011 0110 00111 4 0100 0110 0100 0100 0100 0111 01111 5 0101 0111 0101 1011 1000 1000 11111 6 0110 0101 0110 1100 1001 1001 11110 7 0111 0100 0111 1101 1010 1010 11100 8 1000 1100 1000 1110 1011 1011 11000 9 1001 1101 1001 1111 1100 1100 10000 10 1010 1111 11 1011 1110 12 1100 1010 13 1101 1011 14 1110 1001 15 1111 1000 11
  25. 25. Álgebra de Boole Si decidiéramos, arbitrariamente, que el nivel más positivo sea el verdadero (uno, alto, existe, etc.) y el más negativo falso (cero, Un álgebra de Boole es toda clase o conjunto bajo, no existe, etc.), habremos adoptado la de elementos que pueden tomar dos valores convención de lógica positiva; de lo con- perfectamente diferenciados que se designan trario, será lógica negativa. como 0 y 1, y están relacionados por opera- ciones básicas. Considere usted esta particularidad: Se define una señal analógica como una fun- • En los sistemas digitales se habla de ción que es continua en todo el dominio. lógica combinacional cuando cada com- binación de las señales binarias existente Si consideramos, por ejemplo, una tensión, en la entrada de un dispositivo da por ésta tendría una forma de onda: resultado, siempre, la misma señal bina- ria de salida, sin importarle lo pasado anteriormente. • En tanto, los circuitos son de lógica secuencial cuando las señales en las sali- das dependen de las presentes en sus entradas, como también de las salidas pasadas (último registro de memoria). La función, en este caso, toma todos los va- Le presentamos, ahora, algunas definiciones lores que ocurren en los instantes t = t1, t2, ... clave: En los sistemas digitales, encontramos mag- nitudes, elementos, etc., que son especiales, • Variable lógica. Es cualquier símbolo li- en el sentido de que sólo pueden adoptar dos teral A, B, ..., Z empleado para represen- valores distintos. Es decir, son discretos. tar dispositivos o magnitudes físicas que exhiben dos estados posibles, claramente En ellos, la tensión realiza transiciones definidos. En nuestro caso, 1 y 0. Por abruptas entre dos niveles V1 y V2 sin asumir ejemplo: Z = 1, lámpara encendida. Z = 0, lámpara apagada. ningún otro valor. • Función lógica. Z es una variable depen- diente (función) de otras variables; por ejemplo, A y B ⇒ Z = f (A, B). Una función se define dando una regla u otra información, por lo que se puede deter- minar la variable dependiente (Z), cuan- do se especifican las variables indepen- dientes (A y B). Una función del álgebra12
  26. 26. de Boole es una variable binaria cuyo La tabla de verdad es: valor depende de una expresión alge- braica en la que se relacionan entre sí las A B Z variables binarias por medio de opera- 0 0 0 ciones básicas. 0 1 0 1 0 0 • Compuerta lógica. Es un circuito lógico 1 1 1 cuya operación puede ser definida por una función del álgebra de Boole, que El dispositivo que realiza esta operación se seguidamente desarrollaremos. denomina compuerta y se simboliza: • Tabla de verdad. Es la tabulación ordena- da de todas las combinaciones posibles de las variables asociadas a la función. Con N variables podemos realizar 2N combinaciones. La tabla de verdad de una función lógica es, entonces, la repre- La función or es uno si A `o´ B lo son: sentación donde se indica el estado lógi- co "1" o "0" que toma la función lógica Z=A+B para cada una de las combinaciones de las variables de las cuales depende. Su tabla de verdad es: A B ZFunciones básicas 0 0 0 0 1 1 FUNCIONES LÓGICAS 1 0 1 and 1 1 1 or El símbolo de la compuerta es: función complementación o not nand nor or exclusiva La función complementación o not es unaLa función and se puede caracterizar dicien- negación o inversión.do que Z es: uno, verdadero, existe, etc. sólosi A `y´ B también son: uno, verdadero, exis-ten, etc. • Si decimos que Z existe cuando A existe ⇒Z=A Z=A.B • Si asumimos la otra alternativa, que Z existe cuando A no existe ⇒ Z = A 13
  27. 27. Su tabla de verdad: nor = or - not A Z 0 1 1 0 Z=A+B Su símbolo es: A B Z 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Propiedades Conmutativa Asociativa Distributiva A + B = B + A A + (B + C) = (A + B) + C A + B . C = (A + B) . (A + C) A . B = B . A A . (B . C) = (A . B) . C A . (B + C) = A . B + A . C Teoremas del álgebra de Boole Las funciones básicas and, or y las combi- A+0=A A+1=1 A+A=A A+A=1 nadas nand, nor no necesariamente deben ser A.0=0 A.1=A A.A=A A .A=0 de dos variables como fueron vistas, sino que A=A pueden estar conformadas por N de ellas: Las funciones nand y nor surgen por la com- Z= A.B.C.D binación de dos funciones básicas Z= A.B.C.D nand = and - not Z= A+B+C+D Z= A+B+C+D Z=A.B A B Z 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 014
  28. 28. El teorema de Morgan se cumple para N variables. Para tres variables: Mintermo ABC 1 A + B = A.B m0 000 2 A.B = A + B m1 001 m2 010 m3 011 Todas las funciones que le hemos pre- m4 100 sentado, así como los teoremas y m5 101 propiedades, pueden ser perfectamente simu- m6 110 lados como práctica en el equipo que le m7 111 proponemos desarrollar. F = ␣0 m0 + ␣1 m1 + ␣2 m2 + ␣3 m3 + ␣4 m4 + ␣5 m5 + ␣6 m6 + ␣7 m7Mediante la utilización de las propiedades, 2n -1 ⌺leyes y teoremas, siempre es posible llevaruna función lógica a una forma típica F= ␣imipreestablecida. i=0Existen dos formas canónicas: Donde: • ␣i adopta el valor cero o uno, según la • la forma minterma (suma lógica de pro- función analizada. ductos lógicos) y • ␣= 0 cuando el término no aparece; • la forma maxterma (producto lógico de ␣= 1 cuando el término aparece. sumas lógicas). La función producto de sumas es una formaCada una de ellas formadas por mintermos y canónica de una función particular formadamaxtermos, respectivamente. por el producto lógico de todos los maxitér- minos que satisfacen dicha función. • mintermo es un producto lógico en el FM = (␣0 + M0) (␣1 + M1) (␣2 + M2) (␣3 + M3) ... (␣Z + MZ) cual aparecen todas las variables del problema, negadas o no. 2n -1 • maxtermo, lo mismo pero en suma lógica. FM= ⌺0 (␣ M ) i= i iConsideremos un ejemplo. Para cuatro variables Donde: • ␣= 0 si el término aparece y ␣= 1 cuan- Mintermo: A . B . C . D do no interviene la combinación. Maxtermo: A + B + C + DLa función suma de productos es una forma La función or exclusiva expresa: Z es uno sicanónica de una función particular asociada exclusivamente A es uno o si exclusivamentepor la suma lógica de todos los minitérminos B es uno, es decir que A y B no sean unoque satisfacen dicha función. simultáneamente. 15
  29. 29. Para conseguir la función O exclusiva de 3 Z=AᮍB entradas pueden usarse funciones O exclusi- Expresada como suma de productos lógicos: va de dos entradas para acoplarse entre sí. Z = A.B + A.B Reducción por mapas A B Z Reducir una función por los métodos alge- 0 0 0 braicos vistos, usando las propiedades y teo- 0 1 1 remas del álgebra de Boole no es simple. 1 0 1 1 1 0 Es por ello que se han desarrollado formas de simplificación sistemáticas como son el método numérico de Quine-Mc Cluskey y los tabulares de Veitch-Karnaugh. Estos últi- mos son los que aplicamos, ya que consti- tuyen una forma gráfica de representar la tabla de verdad de una función lógica. La función EXOR= El mapa es un diagrama compuesto por cel- Z=AᮍB das. Cada celda representa un mintermo. Z = A.B + A.B Como los términos canónicos adyacentes pueden reducirse a un sólo término en el A B Z cual se ha suprimido la variable cuyo estado es diferente en ambos. Por ejemplo: 0 0 1 0 1 0 F= A.B.C + A.B.C = A.B. (C + C) = A.B 1 0 0 En los mapas, los términos canónicos adyacentes 1 1 1 se agrupan en una tabla de tal manera que están físicamente contiguos; por lo tanto, es muy sen- cillo realizar las agrupaciones para reducir. Adoptamos la siguiente forma de realizar los mapas: A A A A A A ͖B m0 m2 B m0 m1 m5 m4 B D m0 m2 m10 m8 ͕ m1 m3 B m2 m3 m7 m6 B D m1 m3 m11 m9 m5 m7 m15 m13 ͖B ͭ C C C D m4 m6 m14 m12 ͭ C C C16
  30. 30. En esta reducción por mapas: Todos estos conocimientos, teorías y • Celda: Es cada una de las pequeñas postulados pueden ser fácilmente verifi- cados a través de simples programas en el si- divisiones de un mapa y representa una mulador, los que permiten visualizar las distintas combinación particular. En el caso que tablas de verdad en los led que están presentes esa combinación haga valer uno a la fun- en los puertos y realizar las distintas combina- ción, dicho uno se trasladará al mapa en ciones a través de los pulsadores, de manera de lograr las tablas de verdad. la celda correspondiente. • Celdas compatibles: Celdas que poseen un lado en común y se combinan en una reducción inicial. Circuitos integrados digitales • Bloque: Conjunto compatible de celdas que potencian una reducción (contiene 2N celdas). En la actualidad, los circuitos integrados (CI) son la base fundamental del desarrollo de la electróni- • Bloque principal : Es el bloque más ca, debido a que facilitan y economizan tareas. grande que incluye una celda dada. • Bloque esencial: Bloque principal que Un circuito integrado es una pieza o encapsula- do -generalmente, de silicio o de algún otro posee por lo menos una celda no con- material semiconductor- que, utilizando las tenida en ningún otro bloque. propiedades de los semiconductores, es capaz • Orden de bloque: Lo da N y nos dice de realizar las funciones definidas por la unión, en un circuito, de varios elementos electrónicos cuántas variables elimina. (resistencias, condensadores, transistores, etc.).Procedimiento: • Se toman todos los "unos" que no se Dentro de las distintas clasificaciones de los pueden combinar con ningún otro. circuitos integrados, podemos mencionar a la que los divide entre: • Se forman los grupos de "2" unos que no pueden formar un grupo de "4". • los de operación fija y • Se forman los grupos de "4" unos que no • los programables. pueden formar uno de "8". Los circuitos integrados de operación fija • Así, hasta cubrir todos los unos, siempre funcionan bajo el álgebra de Boole, utilizan- respetando 2N. do una compuerta digital para cada una de las operaciones.En ocasiones, existen combinaciones de lasvariables que no se presentan nunca. Este En el diseño y posterior armado deltipo de combinaciones se denomina simulador interconectable, así co-redundancia y, puesto que no aparecen en la mo en las distintas prácticas que se reali-función, pueden tomarse como uno o cero, cen en él, se hace uso de una gransegún convenga a la reducción. Se las nota variedad de circuitos integrados.con X. 17
  31. 31. La complejidad de un CI puede medirse • El consumo de potencia. En un circuito por el número de compuertas lógicas que integrado, el consumo total del chip contiene. Los métodos de fabricación actuales depende del número de compuertas uti- permiten construir circuitos integrados cuya lizadas. Si éstas son demasiadas, el calor complejidad está en el rango de una a 105 o generado por efecto Joule puede provo- más compuertas por circuito integrado. car un aumento de temperatura que haga que el circuito se deteriore. Según esto, los CI se clasifican en los siguien- tes niveles o escalas de integración: Por esto, existen distintos tipos de encapsu- lados. Estos componentes están estandariza- • SSI (pequeña escala), menor de 10 com- dos, lo que permite compatibilidad entre fa- puertas. bricantes, de forma que las características más importantes sean comunes. • MSI (media escala), entre 10 y 100 com- puertas. Los componentes • LSI (alta escala), entre 100 y 10.000 lógicos se englo- Actualmente, dentro de compuertas. ban -en términos estas dos familias se han generales- dentro creado otras, que inten- • VLSI (muy alta escala), a partir de 10.000 de una de dos tan conseguir lo mejor compuertas. familias lógicas: de ambas: un bajo con- sumo y una alta veloci- dad. La familia lógica La capacidad de integración depende, a su •TTL, diseñada ECL se encuentra entre vez, de dos factores: para una alta la TTL y la CMOS, y nació velocidad. como un intento de con- • El área ocupada por cada compuerta; seguir la rapidez de TTL y depende, a su vez, del tipo y del número • CMOS, dise- el bajo consumo de ñada para un CMOS; pero, en raras de transistores utilizados para realizarla. ocasiones se emplea. Cuanto menor sea esta área, mayor será bajo consu- la capacidad de integración a gran escala. mo. Cuadro comparativo de las familias TTL Fairchild Fairchild TTL Schottky de Parámetro TTL 74L 4000B CMOS 4000B CMOS estándar baja potencia (con Vcc=5 V) (con cc=10 V) (LS) Tiempo de propagación de compuerta 10 ns 33 ns 5 ns 40 ns 20 ns Frecuencia máxima de funcionamiento 35 MHz 3 MHz 45 MHz 8 MHz 16 MHz Potencia disipada por compuerta 10 mW 1 mW 2 mW 10 nW 10 nW Margen de ruido admisible 1V 1V 08 V 2V 4V Fan out 10 10 20 50 (*) 50 (*) (*) O lo que permita el tiempo de propagación admisible18
  32. 32. Lógica combinacional por Circuitos multiplexoresbloques Son circuitos que envían, por un solo canal de salida, alguna de las informaciones pre- sentes en varias líneas de entrada, previo direccionamiento binario. Se denomina circuito combinacional a un conjunto de circuitos en los que se cumple Tomaremos como ejemplo el multiplexor la condición de que sus salidas son exclu- 74151 con 8 entradas, cuyo esquema lógico sivamente función de sus entradas, sin es: que intervenga el último valor en que se encontraban dichas salidas.Un circuito combinacional se analiza deter-minando la salida de los elementos lógicosque lo constituyen (normalmente, compuer-tas lógicas), partiendo de las variables deentrada y avanzando en el sentido de la señalhacia la salida. CIRCUITOS COMBINACIONALES Multiplexores Demultiplexores Decodificadores Codificadores Comparadores Aritméticos Generadores, verificadores de paridad De opción Habilitadores Buffer 19
  33. 33. El diagrama de conexiones y la tabla de verdad correspondientes son: Entradas Salidas Selección Strobe Y W C B A S X X X H L H L L L L D0 D0 L L H L D1 D1 L H L L D2 D2 L H H L D3 D3 H L L L D4 D4 H L H L D5 D5 H H L L D6 D6 H H H L D7 D7 H =1 L =0 W = Salida negada El strobe es una habilitación (hab) para permitir el funcionamiento o no del multiplexor.20
  34. 34. Circuitos demultiplexoresUtilizan la función inversa de los multiplexo- Es importante comentar que los demulti-res. La información de la entrada se transmite plexores pueden trabajar también comoa la línea de salida seleccionada, mediante las decodificadores.entradas de control o de direccionamiento;es decir, se encauzan los datos desde una Tomemos como ejemplo el demultiplexorfuente común de entrada hacia uno de 2n 74138 con 8 salidas, cuyo esquema lógicodestinos de salida. vemos a continuación: El diagrama de conexiones y la tabla de verdad correspondientes son: 21
  35. 35. Entradas Salidas Habilitadas Seleccionadas G1 G2 nota C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 X H X X X H H H H H H H H L X X X X H H H H H H H H H L L L L L H H H H H H H H L L L H H L H H H H H H H L L H L H H L H H H H H H L L H H H H H L H H H H H L H L L H H H H L H H H H L H L H H H H H H L H H H L H H L H H H H H H L H H L H H H H H H H H H H L H = 1. L = 0, siendo G1 la entrada de dato del demultiplexor. En la tabla de verdad, la habilitación (hab) ducir salidas 0 activas, lógica negativa, donde G2 = G2A + G2B. 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 Circuitos decodificadores de salida del diagrama del decodificador. Un decodificador es un circuito lógico com- Algunos decodificadores no usan todos los binacional, que convierte un código de entra- 2n códigos posibles de entrada, sino sólo da binario de n bits en m líneas de salida algunos de ellos. Por ejemplo, un decodifi- (n puede ser cualquier entero y m es un cador BCD a decimal, tiene un código de entero menor o igual a 2n), tales que cada entrada de 4 bits que sólo usa diez grupos línea de salida será activada para una sola de codificados BCD, 0000 hasta 1001. Algunos las combinaciones posibles de entrada. de estos decodificadores se diseñan de tal manera que, si cualquiera de los códigos no Puesto que cada una de las entradas puede usados se aplica a la entrada, ninguna de las ser 1 o 0, hay 2n combinaciones o códigos de salidas se activará. entrada. Para cada una de estas combina- ciones de entrada, sólo una de las m salidas Consideremos el ejemplo del decodificador estará activada 1, para lógica positiva; todas BCD a 7 segmentos 7447. las otras salidas estarán en 0. Muchas veces, es necesario leer mediante Muchos decodificadores se diseñan para pro- barras luminosas los dígitos decimales22
  36. 36. correspondientes a los resultados parciales o Como cada led está asociado a una letra, setotales de algún sistema que opera -por ejem- puede construir una tabla con las combina-plo, en código BCD (decimal codificado en ciones binarias como entrada y las letras a, b,binario; o sea, números binarios codificados c, d, e, f, g como salida. De esta manera, cadadel 0 al 9)-. Esto requiere pasar por un códi- función tomará el valor 1, de acuerdo congo de 7 barras, por ejemplo, cuyas combina- los segmentos que deban iluminarse, segúnciones harán encender 7 segmentos lumi- el número decimal que deba aparecer ennosos (led), tal que forman los números de- coincidencia con cada combinación binariacimales del 0 al 9. de las entradas. Por ejemplo, para el 0: a = b = c = d = e = f = 1 y g = 0. Tanto los displays como los respectivos conversores son utilizados en nuestro En este caso, este circuito pasaría a ser equipo simulador para visualizar conteos, por un conversor del código BCD a los 7 seg- ejemplo, o datos de alguna variable tomada en las entradas del microcontrolador. mentos. Entradas Salidas N° LT RBI D C B A BI/RBO a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 x 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 x 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 3 1 x 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 1 x 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 5 1 x 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 6 1 x 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 7 1 x 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 x 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 x 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 I 10 1 x 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 < N 11 1 x 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 < V 12 1 x 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 < Á 13 1 x 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 < L 14 1 x 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 < I 15 1 x 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 < D BI x x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 O RBI 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 LT 0 x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 23
  37. 37. Circuitos codificadores nación binaria correspondiente al número decimal asignado a dicha entrada. Se trata de circuitos combinacionales que poseen 2n entradas y n salidas, y cuya estruc- Tomaremos como ejemplo el codificador deci- tura es tal que, al activarse una de las mal 74147 de 10 entradas a cuatro salidas entradas adoptando un estado lógico deter- binarias, cuyo esquema lógico vemos a con- minado 0 o 1, en la salida aparece la combi- tinuación: Codificador decimal24
  38. 38. Circuitos comparadores Tomemos como ejemplo el circuito com- parador 7485 con magnitud de 4 bits:Comparan dos combinaciones binarias y nosdicen si son iguales o no, o si una es mayor omenor que la otra mediante un 1 colocado enla salida correspondiente. a b A=B A>B A<B 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 Entradas de datos a comparar Entradas en cascada Salidas A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 A>B A<B A=B A>B A<B A=B A3 > B3 X X X X X X H L L A3 < B3 X X X X X X L H L A3 = B3 A2 > B2 X X X X X H L L A3 = B3 A2 < B2 X X X X X L H L A3 = B3 A2 = B2 A1 > B1 X X X X H L L A3 = B3 A2 = B2 A1 < B1 X X X X L H L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 > B0 X X X H L L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 < B0 X X X L H L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 H L L H L L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 L H L L H L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 X X H L L H A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 H H L L L L A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 L L L H H L suma de dos dígitos binarios. Esta suma sim-Circuitos aritméticos ple consta de cuatro operaciones elementales posibles; a saber:Los sistemas digitales realizan una variedadde tareas de procesamiento de información. 0+0=0Entre las funciones básicas encontradas están 0+1=1las diversas funciones aritméticas. 1+0=1 1 + 1 = 10Sin duda, la operación aritmética básica es la 25
  39. 39. Las primeras tres operaciones producen una Este sumador es un circuito digital capaz suma de un dígito o bit de longitud; pero, de realizar la suma aritmética de dos o cuando los bits sumandos son iguales a 1, la más dígitos binarios, además de un posible suma binaria consta de dos dígitos, corres- acarreo de entrada. Este último es particular- pondiente al número decimal 2. mente útil cuando se diseña en forma modular un sumador de dos números de ´n´ El bit más significativo (el de mayor peso) de bits. este resultado se denomina acarreo. Además, este integrado se puede utilizar Un circuito combinacional que realiza la suma como parte de un circuito sumador-restador de dos bits se denomina semisumador o half binario, junto a circuitos complementadores adder. De allí que son circuitos combina- y a una lógica combinacional adecuada. cionales que realizan operaciones matemáticas. Es de interés recordar que resulta Suma Acarreo más sencillo realizar estas opera- A B S cy ciones con un programa y desarrollarlo 0 0 0 0 mediante un microcontrolador como los 0 1 1 0 que se utilizan en nuestro recurso 1 0 0 0 didáctico. 1 1 0 1 Realizando su implementación mediante compuertas, queda: Circuitos generadores, verificadores de paridad Al hablar de códigos, hemos visto que muchas veces se utiliza un bit llamado de paridad P, tal que para cada número codifica- Tomemos como ejemplo el circuito 7483, do existe siempre un número par o impar de sumador completo binario de 4 bits con unos. acarreo de salida: El generador de paridad es un sistema combina- cional que realiza, en esencia, la suma de la cantidad de unos que posee el dato de entrada, y en consecuencia, genera su salida. Con un 1 lógi- co, indica si dicha canti- dad es par o impar.26

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