UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERIAS

PROGRAMAS DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

Jorge David Santiago

Harry Pretelt García

Jaime de Jesús Ospino

Gustavo Joaquín Cantillo

Jaime Ariza

Grupo 18

DISEÑO DEL CIRCUITO INTEGRADO CONTROLADOR DE CÁMARAS Y LED DE VIGILANCIA

ETAPA 3 – FASE 4

MICROELECTRÓNICA – 299008

2016 – IV (02/12/2016)

En esta cuarta fase de trabajo, correspondiente al trabajo final del curso de Microelectrónica ofrecido por la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, haremos uso de todas las temáticas, técnicas y metodologías aprendidas e implementadas en las unidades y fases anteriores, como lo son el manejo de compuertas lógicas, el análisis de las variables de diseño, la prueba y validación de los circuitos integrados diseñados, la programación de los dispositivos lógicos y la utilización de herramientas de software de diseño.

Mediante la aplicación de todos estos recursos y conocimientos, procedernos a desarrollar el diseño de un circuito integrado cuya función consistirá en gestionar y controlar las cámaras y los LED de vigilancias asignados a un laboratorio; para ello se harán uso de una serie de compuertas lógicas interconectadas, las cuales deberán realizar un proceso lógico especifico para satisfacer los estados de entrada (tiempos para el movimiento de las cámaras) y los estados salida (indicadores de movimientos hacia la izquierda y derecha para cuatro cámaras e indicadores de encendido y apagado para los dos LED de vigilancias) predefinidos por el estudio de caso.

Implementar los conocimientos adquiridos al estudiar, reflexionar y debatir sobre las temáticas orientadas al análisis, diseño y simulación de circuitos integrados y abarcadas en la diversas unidades del curso de Microelectrónica.

Realizar el análisis sistemático de los datos suministrados y especificados para el circuito a diseñar, de modo que el diseño final satisfaga los estándares y parámetros esperados.

Desarrollar el esquema lógico de un circuito integrado por medio de compuertas lógicas, cuya función consistirá en controlar el sistema de vigilancia asignado a las dos salas de un laboratorio y el cual se encuentra conformado por cuatro cámaras y dos LED de vigilancia.

Simular y verificar el correcto funcionamiento del circuito controlador del sistema de vigilancia utilizando la herramienta de diseño DSCH y considerando los estados de entrada y los estados de salida especificados en el estudio de caso.

Producir el Layout y el modelo 3D del circuito integrado controlador de los movimientos de las cámaras y los estados de los LED de vigilancia empleando la herramienta orientada al diseño físico Microwind.

Parámetros para la solución del estudio de caso propuesto.

Discusión y análisis de los datos del caso de estudio.

Desarrollo del circuito controlador de vigilancia.

Conclusiones.

Referencias Bibliográficas con normas APA.

Los diseñadores deberán crear el último integrado capaz de controlar las cámaras

de vigilancia, dado que solo se tienen cuatro cámaras, estas se deberán mover en

un rango de derecha a izquierda según un tiempo dado, para ello se ha establecido

un led de indicación de vigilancia en el salón 1 y el salón 2, para ello se han creado

las siguientes tablas con las condiciones que se deberán diseñar para obtener el

circuito integrado:

Considerando las tablas anteriores, puede analizarse que el circuito abarca 3

estados de entrada, los cuales representan los tiempos de movimiento de las

cámaras y definiremos como A, B y C; además, el circuito debe contener un total

de 6 salidas, correspondientes a las cuatro cámaras y dos LED de vigilancia para

los salones 1 y 2.

En base a ello, se procedió a realizar la siguiente tabla de verdad, con los estados

de entrada y los estados de salida definidos para el circuito controlador de las

cámaras y los LED:

Para la correcta interpretación de la anterior tabla de verdad debe considerarse

que:

• Los estados de A, B y C representan los tiempos asignados para el movimiento

de las cámaras.

• Las variables para el tiempo 8 se agregaron como un estado circunstancial para

poder realizar los mapas de Karnaugh, de allí que sus salidas no le sean asignadas.

• Para los estados de salida de las cuatro cámaras, las altas (1 lógico) simbolizan el

movimiento hacia la izquierda y las bajas (0 lógico) simbolizan el movimiento

hacia la derecha.

• Para los estados de salida de los LED de vigilancia de los salones 1 y 2, las altas

(1 lógico) representan el encendido y las bajas (0 lógico) representan el apagado.

Como siguiente paso, se generaron los mapas de Karnaugh mediante la

herramienta online ubicada en la página web www.32x8.com/ para calcular la

función y simplificación lógica del circuito para las salidas del mismo, teniendo en

cuenta los valores asignados en la tabla de verdad.

Cámara 1

Mapa

Función simplificada 𝑦 = 𝐵 . 𝐶 + 𝐴 . 𝐵

Compuerta lógica

Cámara 2

Mapa

Cámara 3

Mapa

Función simplificada

𝑦 = 𝐴. 𝐵 + 𝐵. 𝐶

Compuerta lógica

Función simplificada

𝑦 = 𝐴 . 𝐵 . C + 𝐴 . 𝐵. 𝐶 + 𝐴. 𝐵 . 𝐶

Compuerta lógica

Cámara 4

Mapa

LED Salón 1

Mapa

Compuerta lógica

Compuerta lógica

Función simplificada

𝑦 = 𝐴 + 𝐵. 𝐶

Función simplificada

𝑦 = 𝐴

LED Salón 2

Mapa

Como detalle final, al desarrollar el esquema lógico en DSCH3, se utilizaron 3

generadores de pulsos (Entradas A, B y C) para obtener la secuencia definida por

el caso de forma automática.

Compuerta lógica

Función simplificada

𝑦 = 𝐴 + 𝐵. 𝐶

A cada generador de pulsos se le asignó la siguiente configuración:

• En la variable de tiempo, se utilizaron intervalos de 100 unidades

(aproximadamente 4 segundos simulados) de forma creciente entre cada uno de

los cambios en los estados de entrada. Es decir, T=100,200,300…

• Para los valores de estados de entrada, a cada generador de pulsos se le asigno su

correspondiente secuencia según la tabla de verdad diseñada, manteniendo una

relación con la variable de tiempo. Por ejemplo, para el generador A, la secuencia

parcial de estados de entrada es {0,0,0,0,1,1…}, donde cada valor tiene una

duración T de 100 unidades.

Esquema del controlador de vigilancia en DSCH3

Simulación del controlador de cámaras y LED en DSCH3 para los estados de entrada y salida de la tabla de la verdad diseñada para el circuito.

Nota: Ya que se utilizaron generadores de pulso para automatizar el cambio de los estados de entrada, según los parámetros solicitados en el estudio de caso, no es necesario introducir manualmente dichos estados ya que, estos se encuentran asignados en la configuración de los generadores de pulso y son tomados por el circuito de forma automática en la simulación; aun así, los LED A, B y C permiten visualizar los estados de entrada asignados para cada intervalo de tiempo.

De igual modo resulta valido recordar que, para este circuito en particular:

• Para los estados de salida de las cuatro cámaras, las altas (1 lógico) simbolizan el movimiento hacia la izquierda y las bajas (0 lógico) simbolizan el movimiento hacia la derecha.

• Para los estados de salida de los LED de vigilancia de los salones 1 y 2, las altas (1 lógico) representan el encendido y las bajas (0 lógico) representan el apagado.

Formula estructural a utilizar:

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 − 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝑃𝑟𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜)− 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

𝑇1 − 0 0 0 − 1 0 0 0 1 0

𝑇2 − (0 0 1) − (0 1 0 0 1 0)

𝑇3 − (0 1 0) − (1 1 0 0 1 0)

𝑇4 − (0 1 1) − (1 0 1 1 1 1)

𝑇5 − (1 0 0) − (1 1 1 1 0 1)

𝑇6 − (1 0 1) − (0 0 1 1 0 1)

𝑇7 − (1 1 0) − (0 0 0 1 0 1)

Proceso para generar el Layout y modelo 3D del circuito controlador de temperatura en

Microwind

Layout del circuito controlador de los movimientos de las cámaras y de los

LED de vigilancia generado mediante Microwind

Modelo 3D del circuito controlador de los movimientos de las cámaras

y de los LED de vigilancia generado mediante Microwind

La adecuada jerarquización e interconexión de las compuertas lógicas implementadas en el diseño de un circuito integrado juegan un papel vital en su funcionamiento. De existir un error en las líneas de conexión o en la selección de una compuerta, la integridad del circuito puede verse comprometida o esté podría no realizar las ejecuciones lógicas requeridas, lo que evitara que el circuito se comporte de la forma esperada y deseada por los diseñadores.

Los generadores de pulso son dispositivos capaces de emitir un tren de pulsaciones a partir de los valores de entrada recibidos y, definiendo estos últimos a una secuencia de bits.

Introduciendo una serie de estados de entrada definidos y una serie de tiempos establecidos, pueden usarse los mencionados generadores de pulsos para automatizar los procesos lógicos realizados por un circuito integrado, tal y como se hizo en esta fase trabajo, en la cual se configuraron los pulsadores para que en los tiempos especificados en dicha configuración, los estados de entrada de los pulsadores y por consiguiente, del circuito diseñado, cambiaran paralelamente de acuerdo a las secuencias ingresadas en los generadores de pulso.

Nuevamente las tablas de verdad y los mapas de Karnaugh evidencian ser recursos indispensables en el análisis de los patrones y parámetros de comportamiento que deben considerarse previos a la puesta en marcha del diseño de circuitos integrados, ya que posibilitan la organización directa y simplificadas de los estados de entrada y de salida que debe satisfacer el circuito que se espera construir.

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Robayo, F. (2009). Metodologías de Diseño y Diagramas de Flujo. Bogotá D.C.: Universidad Nacional Abierta y/a Distancia. Obtenido 11, 2016, de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299008/299008_AVA/Entorno_de_Conocimiento/Unidad_2/METODOLOGIAS_DE_DISENO_Y_DIAGRAMAS_DE_FLUJO.pdf

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