Proyecto final: Juego Dado electrónico

Proyecto final: Juego Dado electrónico

Sebastian David Villa

Universidad Nacional De Colombia.

svillan@unal.edu.co

1. RESUMEN

Este es un informe de laboratorio de la práctica de proyecto final del curso de Electrónica básica, en el cual se desarrolló un juego de un dado electrónico mediante SSI y MSI.

1. INTRODUCCIÓN

El proyecto consiste en desarrollar un dado electrónico. Éste dado deberá mostrarse en pantalla como la cara de un dado real que cuente con un numero de oportunidades definido entre 3 y 7, cada lanzamiento del dado contará como una oportunidad menos. Al llegar a 0 el número de oportunidades, no será posible lanzar más el dado. Por otro lado, El dado deberá llevar un acumulador que sume cada resultado obtenido en cada intento y se muestre en dos displays de 7 segmentos.

1. MARCO TEORICO

Para la realización de esta práctica es necesario hacer uso de compuertas, contadores y displays, estos son listados y detallados a continuación.

1. Compuerta AND

Esta compuerta es representada por una multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 para que la salida otorgue un 1 binario. En caso contrario de que falte alguna de sus entradas con este estado o no tenga si quiera una accionada, la salida no podrá cambiar de estado y permanecerá en 0. Esta puede ser simbolizada por dos o más interruptores en serie de los cuales todos deben estar activos para que esta permita el flujo de la corriente.

• Símbolo lógico:

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Fig.1: Símbolo lógico Compuerta AND.

• Tabla de verdad:

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Fig.2: Tabla de verdad Compuerta AND

• Función Característica:

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Fig.3: Función característica Compuerta AND

1. Compuerta OR

En el Algebra de Boole esta es una suma. Esta compuerta permite que con cualquiera de sus entradas que este en estado binario 1, su salida pasara a un estado 1 también. No es necesario que todas sus entradas estén accionadas para conseguir un estado 1 a la salida, pero tampoco causa algún inconveniente. Para lograr un estado 0 a la salida, todas sus entradas deben estar en el mismo valor de 0. Se puede interpretar como dos interruptores en paralelo, que sin importar cual se accione, será posible el paso de la corriente.

• Símbolo lógico:

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Fig.4: Símbolo lógico Compuerta OR

• Tabla de verdad:

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Fig.5 Tabla de verdad Compuerta OR

• Función Característica:

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Fig.6: Función característica compuerta OR

1. Compuerta NOT

En este caso esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Para esta situación en la entrada se colocará un 1 y en la salida otorgara un 0 y en el caso contrario esta recibirá un 0 y mostrara un 1. Por lo cual todo lo que llegue a su entrada, será inverso en su salida.

• Símbolo lógico:

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Fig.7: Símbolo lógico Compuerta NOT

• Tabla de verdad:

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Fig.8 Tabla de verdad Compuerta NOT

• Función Característica:

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Fig.9: Función característica compuerta NOT

1. Compuerta NAND

También denominada como AND negada, esta compuerta trabaja al contrario de una AND ya que al no tener entradas en 1 o solamente alguna de ellas, esta concede un 1 en su salida, pero si esta tiene todas sus entradas en 1 la salida se presenta con un 0.

• Símbolo lógico:

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Fig.10: Símbolo lógico Compuerta NAND

• Tabla de verdad:

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Fig.11 Tabla de verdad Compuerta NAND

• Función Característica:

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Fig.12: Función característica compuerta NAND

1. Compuerta NOR

Así como vimos anteriormente, la compuerta OR también tiene su versión inversa. Esta compuerta cuando tiene sus entradas en estado 0 su salida estará en 1, pero si alguna de sus entradas pasa a un estado 1 sin importar en qué posición, su salida será un estado 0.

• Símbolo lógico:

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Fig.13: Símbolo lógico Compuerta NOR

• Tabla de verdad:

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Fig.14 Tabla de verdad Compuerta NOR

• Función Característica:

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Fig.15: Función característica compuerta NOR

1. Contador 74190

El contador 74190 responde a un diseño muy similar al 74191 con la única diferencia que cuenta en década o BCD (del 0 al 9)

• Símbolo lógico:

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Fig.16: Símbolo lógico Contador 74190

• Diagrama de tiempo:

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Fig.17: Símbolo lógico Contador 74190

• Funcionamiento

Dispone de una entrada LOAD para carga paralela asíncrona, es decir si LOAD = 0, las salidas de los flip-flops QD, QC, QB, QA se hacen iguales a las entradas D, C, B, A (Data inputs) independientemente del reloj y de las otras entradas de control. En el gráfico de diagramas de tiempo se puede observar que al hacer Load =0, el contador se carga en el 7 decimal (QD =0, QC=1, QB=1, QA=1).

Para realizar conteo ascendente debe estar la entrada LOAD en nivel alto, la entrada ENABLE en 0 para que el conteo esté habilitado, y además la entrada DU (Down/Up) debe estar en nivel bajo. En el gráfico podemos observar que en decimal después de que fue cargado en 7 el contador cuenta en decimal: 8, 9,0,1,2, en cada flanco de subida del reloj, y se inhibe o bloquea en el 2.

Si LOAD = 1, y CTEN (Count Enable) = 1, el contador se bloquea en el último número al que hubiese llegado, sin importar en que esté la entrada Down/Up. En el gráfico observamos que el contador después de haber llegado al 2, aunque transcurren 2 pulsos de reloj más, el conteo está inhibido, puesto que el Enable está en nivel alto.

Si LOAD =1, ENABLE =0, y DU = 1, el contador desciende cada flanco de subidaa del reloj.En el gráfico observamos que el contador después que se habilita al colocar nuevamente ENABLE =0, desciende del 2 al 1, luego pasa al 0, y sigue en forma descendente: 9,8,7.

1. Displays Hexadecimal

El display de 7 segmentos es un componente que sirve para representar números y letras, está compuesto por 7 LED tal y como se muestra en la figura 1, de esta forma controlando el encendido y apagado de cada segmento, es posible representar carácter que se requiera.

• Símbolo lógico:

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Fig.18: Símbolo lógico Display

• Funcionamiento

Este display cuenta con 4 entradas que se organizan desde la menos pesante (a la derecha) hasta la más pesante (a la izquierda), internamente cuenta con un decodificador de 7 segmentos que transforma estas 4 entradas a su respectivo equivalente en 7 segmentos.

1. MONTAJE EXPERIMENTAL

Para practicidad del proyecto y eficiencia, el montaje se dividió en tres grandes grupos: Implementar el dado y mostrarlo en pantalla, implementar el número de oportunidades y mostrarlo en pantalla e implementar el acumulador y mostrar el resultado en pantalla.

1. Implementación del dado

Lo primero que se debe desarrollar es un contador que vaya desde el numero 1 hasta el número 6, para esto se hizo uso del contador de décadas 74190, al cual se cargó en sus entradas el número 1 y mediante compuertas lógicas se definió que cuando llegara a 7, inmediamente se activara el load y de ésta manera devolver el contador a 1

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Fig.19: Contador de 1 a 6 para implementación de dado

Como se puede ver en la figura 19, al momento en que la compuerta NAND detecta el número 7, es decir, todas sus entradas están en 1, esta deja salir un 0, el cual activa el load y devuelve el contador al número 1 para resetear el conteo.

La entrada de reloj de este contador es una señal de reloj con una frecuencia demasiado alta, esto con el fin de que sea imposible identificar un patrón entre los resultados del contador y así poder simular un resultado al “azar”.

Se conecta la entrada CTEN a un switch llamado “lanzar”, en el momento que el switch cierra el circuito, la entrada CTEN queda desactivada, deteniendo el contador en el último número alcanzado y dejando así un resultado totalmente al azar.

Luego para mostrar los resultados en pantalla es necesario entender como son expresados los números del 1 al 6 en una cara de dado y representarla mediante leds.

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Fig.20: números del 1 al 6 expresados en caras de dados

Luego se procede a realizar los mapas de karnugh y las tablas de verdad para poder conectar los leds a sus respectivas salidas.

Al hacer esto nos damos cuenta que los leds trabajan de a pares, es decir, cada led tiene otro que comparte la misma información, esto facilita mucho el trabajo y nos permite hacer solo 4 tablas de verdad.

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Fig.21: Representación caras de dados con leds.

Con ésta representación obtenemos las siguientes funciones mediante la tabla de verdad.

Para el led central, f=A

Para el led superior derecho e inferior izquierdo, f=C

Para el led superior izquierdo e inferior derecho, f=B+C

Para el led central izquierdo y central derecho, f=B*C

De esta manera, la implementación sería la siguiente:

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Fig.22: Implementación de leds para dado.

1. Implementar número de oportunidades.

Se desarrolló al igual que para el dado, con un contador 74190, se implementó de tal manera que solo reciba como valores de carga los números 3, 4, 5, 6 y 7, Se configuró la entrada UP/DOWN para que siempre estuviese descendente y la entrada LOAD se conecta a un switch que se intercambia entre las opciones seleccionar y jugar.

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Fig.23: Contador de oportunidades

Tal como se puede ver en la figura 20, es necesario hacer un sistema lógico para determinar que entradas del contador estarán activas para cada salida de los switch’s del 3 al 7, en este caso si el switch “3” está cerrado, el contador deberá cargar el número 3, si el switch “4” está cerrado, el contador deberá cargar el número 4, y así sucesivamente. Para esto, se desarrollaron 3 mapas de karnugh de 5 variables, correspondientes a las 3 entradas del contador.

• Entrada C

Tabla de verdad:

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Fig.24: Tabla de verdad entrada C

Mapa de Karnugh:

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Fig.25: Mapa de Karnugh para entrada C

Implementación:

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Fig.26: Implementación entrada C

• Entrada B

Tabla de verdad:

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Fig.27: Tabla de verdad entrada B

Mapa de karnugh:

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Fig.28: Mapa de karnugh para entrada B

Implementación:

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Fig.29: Implementación para entrada B

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