SISTEMAS DIGITALES

CAPITULO I: ANTECEDENTES Y PROPÓSITOS

1.1. Introducción:

En los tiempos actuales es masiva la utilización de Sistemas Digitales ya que proporcionan una serie de ventajas con respecto a la electrónica analógica, y ha sido utilizada incluso en dispositivos pequeños como un reloj, el cual ha pasado del uso de las manecillas para la indicación de la hora a proporcionar una visualización numérica de la misma gracias a la electrónica digital.

El reloj digital es un proyecto ampliamente conocido y realizado en cursos básicos de sistemas digitales, con este proyecto se pretende demostrar todo lo aprendido en dicho curso. La bibliografía que se puede encontrar sobre este tema es extensa, el añadido de este trabajo es que aparte de diseñar el reloj con circuitos integrados comunes, se utiliza la descripción de hardware para describir nuestro reloj digital.

1.2. Objetivo principal:

Diseño e implementación de un Reloj digital utilizando componentes digitales básicos y descripción de este, utilizando VHDL.

1.3. Metodología

La elaboración de este proyecto tiene dos etapas importantes: hardware y el software en la parte de hardware nos enfocaremos en el diseño utilizando diferentes circuitos integrados básicos, conectados de tal forma que emulen el funcionamiento de un típico reloj digital. Y cuando nos referimos a software utilizaremos el paquete informático Quatus-2, para realizar la descripción de hardware utilizando el lenguaje vhdl, para describir nuestro circuito reloj digital. Además para correcciones si se lo amerita se empleara el software Proteus, para la simulación de nuestro circuito a montar en laboratorio.

CAPITULO II: DESARROLLO TEÓRICO

2.1. Elementos del reloj digital

Un reloj electrónico es un reloj en el que la base de tiempos es electrónica o electromecánica y la división de frecuencia, también. La exactitud del reloj depende de la base de tiempos, que puede consistir en un oscilador o en un adaptador que, a partir de una referencia, genera una señal periódica. El divisor de frecuencia es un circuito digital formado por una sucesión de contadores hasta obtener una frecuencia de 1 Hz, que permite mostrar segundos. Si se quiere mostrar décimas, la división se detiene al llegar a los 10 Hz. Esta frecuencia pasa al módulo de presentación, que puede ser electrónico o mecánico, donde otros divisores van separando los segundos, minutos y horas para presentarlas mediante algún tipo de display.

2.1.1. Codificadores, decodificadores

• Decodificador:

Se trata de un dispositivo con n entradas y 2n salidas donde en función de la combinación binaria de sus entradas, una y sólo una de las salidas se activa. Es decir, convierte un código binario de entrada en código "1-entre-n”. Su símbolo para el caso DEC 2:4 con habilitación y salidas activa en alta, su tabla de verdad y sus ecuaciones de cada salida se muestran a continuación:

Decodificador binario 4bits a display 7 segmentos ánodo común:

 La cuenta de números se lo realizara en binario 4 bits, no obstante este número de base 2 no representa los números decimales 0 a 9 mostrados por un típico reloj, por tal motivo se utilizara decodificadores de 4 bits a 7 segmentos.

 Los displays de ánodo común son activos en nivel bajo y tienen un punto común que es la alimentación de este. Para mostrar números decimales en los displays, los 7 bits deben de obedecer la siguiente tabla: Decimal, Binario 4bits, Display, 7 segmentos.

B3 B2 B1 B0 a b c d e f g

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1

2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0

3 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0

4 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0

5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0

6 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0

7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1

8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

10 1 0 1 0 X X X X X X X

11 1 0 1 1 X X X X X X X

12 1 1 0 0 X X X X X X X

13 1 1 0 1 X X X X X X X

14 1 1 1 0 X X X X X X X

15 1 1 1 1 X X X X X X X

Tabla 1: Decodificador binario a display 7 segmentos ánodo común

De la tabla, los elementos marcados con “X”, no serán utilizados por que tan solo necesitamos los números 0 al 9, el circuito integrado que realiza la decodificación de binario a display ánodo común es el 7447.

2.1.2. Contadores

Los contadores son circuitos que tienen la propiedad de incrementar su contenido (ascendentes), decrementarlo (descendentes) o ambas (reversibles). Un contador módulo-K cuenta K valores de forma cíclica, normalmente entre 0 y el K-1. Además, estos dispositivos pueden tener operaciones que permitan cargar un estado inicial de cuenta, (carga o load) y restablecer el estado inicial de cuenta, ya sea el cero para contadores ascendentes (clear) o todos los bits a 1 (estado 2n-1) para los descendentes (preset). Existe gran diversidad de contadores dependiendo del tipo de operaciones que realizan y del tamaño del contador. El tamaño se especifica por el módulo (p.ej.: módulo 10) o por el número de bits en caso de módulos 2n. Por ejemplo, en la siguiente figura se muestra el esquema de un contador síncrono ascendente de módulo 8 (3 bits) con las operaciones de cuenta arriba, carga, puesta a 0 e inhibición.

Figura 5: Contador Síncrono Modulo-3

En la siguiente figura aparece la secuencia de salidas de un contador módulo 8 ascendente. Como se observa,

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