PROYECTO FINAL
SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES
POR
JOSE PABLO SALAMANCA PLAZAS
C.C. 74.080.769
VICTOR HUGO ARRIETA
HOSSMAN ENRRIQUE GARCIA
LUIS MANUEL OLIVAR
Presentado al Tutor:
CARLOS EMEL RUIZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD
CEAD SOGAMOSO
16 de diciembre de 2013
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo tiene como fin poner en práctica los conceptos vistos en el
curso de sistemas digitales secuenciales. Lo cual tiene como finalidad diseñar e
implementar un sistema de control de acceso y salida de un parqueadero.
El cual debe indicar accesos, ocupantes y cupos disponibles procesando estas
variables y evidenciándolas en Display 7 segmentos para que la recepcionista del
hospital tenga claridad de los cupos de cada sala sin necesidad de desplazarse
hacia ellas.
En el desarrollo del diseño se implementaron sistemas combinacionales y
secuenciales, y máquinas de estado entre otros y finalmente fue simulado
mediante el programa PROTEUS.
Cada día se hace más evidente el uso de la tecnología electrónica, ya que se le
facilitan mejor el bien vivir de los ciudadanos. Es por esto que debemos estar
preparados para brindarles a los demás una mejor forma de vivir.
El objetivo de este trabajo es permitirnos como estudiantes realizar una
investigación que nos pueda identificar y explicar, algunas técnicas de elaboración
de circuitos digitales a partir del planteamiento de un problema que es
perfectamente aplicable a la vida real.
Se hace necesario que a través del trabajo en equipo de los integrantes del grupo
colaborativo se logre fortalecer los conocimientos adquiridos en cada una de las
actividades planteadas para la unidades desarrolladas referente a los temas de
almacenamiento de información, circuitos multivibradores, manejo de Flip-Flop y
máquinas de estado para finalmente plasmar las conclusiones obtenida.
OBJETIVOS
Diseñar e implementar un sistema de control de acceso y salida a un hospital
basándose en el estudio, análisis y aplicación de los Sistemas Digitales
Secuenciales.
Sustentar el sistema de control de acceso y salida de un parqueadero de acuerdo
con las variables establecidas.
Diseñar y simular el circuito para validar su correcto funcionamiento y solicitud del
tutor con su respectivo análisis.
Temáticas revisadas: Unidades I y II.
Cerrojos, sistemas combinacionales y Secuenciales, Flip-Flops, Diseño de
Máquinas de Estado, Registros de Desplazamiento y Memorias
Actividad 1. Diseño e implementación del proyecto.
El proyecto tiene como finalidad la solución a una situación real para el control de
entrada y salida de personas a un hospital y que debe estar limitado a condiciones
previamente establecidas; el grupo colaborativo debe entregar una única solución
junto con la simulación, no se aceptan trabajos independientes.
Los participantes deben fijar las reglas de funcionamiento del equipo de trabajo,
cuidando la planificación del tiempo disponible hasta la entrega del proyecto final
de acuerdo con la agenda del curso, determinando los diferentes pasos que hay
que tener en cuenta para completar la actividad y los tiempos estimados para cada
uno.
Los comentarios deben llevar una argumentación válida y de ser necesario estar
enmarcados en otros documentos debidamente referenciados. Estas
participaciones en el foro deben construir un aporte significativo para dar solución
a la propuesta planteada.
Descripción del Problema: Control de entrada y salida de personas a un
Hospital.
El grupo colaborativo debe diseñar e implementar un sistema de control para
controlar la entrada y salida de personas a un Hospital, las áreas para el control
son identificadas como:
zona A, Urgencias
zona B, Maternidad
zona C, Quemados
zona D, Cuidados Intensivos
Cada zona tiene un cupo máximo para 15 personas. Las siguientes
consideraciones se deben tener en cuenta al momento de diseñar el proyecto.
Las zonas deben estar identificadas por separado: A, Urgencias; B,
Maternidad; C, Quemados y D, Cuidados Intensivos.
En la entrada general del hospital debe haber dispositivo (display 7
segmentos) que indique la disponibilidad de ingreso en cada una de las
zonas.
Cuando una persona va a ingresar al hospital debe identificar la zona hacia
donde se dirige, primero se verificará si hay disponibilidad en la entrada
general y de esta manera se autorizará la entrada y automáticamente se
incrementará el número de personas en cada zona.
Cuando una persona de cualquier zona salga del hospital debe
evidenciarse en la entrada general el nuevo cupo disponible.
Cuando en alguna de las zonas no hay cupos disponibles se debe
visualizar en la entrada el número de personas que hay en cada zona del
hospital.
Recuerde que si en las cuatro zonas del hospital el cupo está completo, no
se debe permitir el acceso a más personas.
El equipo de trabajo debe realizar todo el proceso explicando cada uno de los
pasos necesarios para la realización del sistema asegurando su funcionamiento,
recuerde que se debe realizar un video donde se evidencie el funcionamiento del
proyecto; el link del video debe estar adjunto al contenido del informe final, el video
debe tener audio de cada uno de los participantes que colaboraron en la
realización y montaje del proyecto.
Actividad 2. Construcción y Entrega Informe Final.
En este espacio los integrantes del grupo colaborativo deben interactuar
asertivamente y dar a conocer sus inquietudes sobre el desarrollo de la actividad y
la construcción del informe final. Todos los integrantes del grupo son responsables
el éxito en la presentación del informe.
Cada estudiante debe ingresar diariamente al foro de trabajo colaborativo durante
el período en que se encuentre abierta la actividad y debe dejar evidencia de sus
aportes “significativos” en la construcción del informe final y de su interacción con
los demás compañeros de grupo.
Actividad 3. Evaluación proceso de trabajo colaborativo.
En este espacio los integrantes del grupo colaborativo deben:
Dar a conocer sus inquietudes sobre el desarrollo de la actividad.
Construir un documento grupal donde se describa el proceso del trabajo
colaborativo que se llevó a cabo durante el período académico.
El documento grupal es el resultado de los aportes individuales de los
integrantes de equipo de trabajo; es decir, cada estudiante debe publicar un
texto en el foro donde se evidencie lo siguiente:
Descripción de las actividades que hizo para la ejecución del proyecto.
Descripción de las actividades que realizó el grupo colaborativo para la
implementación del proyecto.
Qué aprendió con el desarrollo de los trabajos colaborativos y el proyecto
durante el curso de Sistemas Digitales Secuenciales.
Descripción del desempeño de cada uno de los compañeros del grupo
colaborativo.
Con la información suministrada por cada uno de los integrantes del equipo de
trabajo colaborativo, el grupo debe construir un documento final con máximo dos
(2) páginas que incluya los aspectos mencionados anteriormente y adjuntarlo
antes de la fecha de cierre de la actividad 11 en el foro “Tarea 3. Evaluación
Grupo”.
El documento grupal debe ser subido adjuntado al foro respectivo dentro del
campus por el Líder del grupo colaborativo o su delegado antes de la fecha de
cierre de la actividad número 11.
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD
Descripción general
Para proceder al diseño del contador, debemos partir de determinar el número de
bits requeridos para representar un número decimal de 0 a 15 y estos son cuatro
bits.
Con un sistema binario se requieren cuatro bits, ya que 24 = 16, luego son 16
combinaciones diferentes para 16 números decimales.
Características del contador
Son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria,
característica de temporización y de memoria, por lo cual están constituidos a
base de flip-flops,
1. Un número máximo de cuentas (módulo del contador)
2. Cuenta ascendente o descendente
3. Operación síncrona o asíncrona
4. Autónomos o de auto detención.
UTILIDAD
En nuestro caso lo utilizaremos para contar eventos puesto que el hospital
requiere de un sistema secuencial que cuente el número de personas que
ingresan por cada área y quede registrado por un display de 7 segmentos que
sirve de visualizador al momento de ingresar al hospital es necesario garantizar
que el contador se encuentre primero en 0 y luego vaya incrementando su valor de
uno en uno, en este caso se requiere controlar el estado de las salidas
Q0,Q1,Q2,Q3 sin importar que haya iniciado o no la secuencia de reloj.
Este nuevo estado lo denominamos PRESET o SET asíncrono, ya que debe
permitir cargar un dato inicial de conteo independientemente del estado de la
señal de reloj, Igualmente, cuando el estado a almacenar en las salidas Q0 a Q3
es un cero, la señal recibe el nombre de CLEAR (CLR) o RESET asíncrono.
OTRAS UTILIDADES
1. Número de pulsos de reloj
2.Medir frecuencias
3. Se utilizan como divisores de frecuencia y para almacenar datos (en un reloj
digital)
4. Se utilizan para direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.
BASE TEORICA PARA LA REALIZACION DEL PROYECTO
Lo primero que tenemos que tener en cuenta para la realización del proyecto es
tener conceptos claros de los elementos que vamos a utilizar en el desarrollo de la
actividad durante el desarrollo del curso trabajamos con cada uno de ellos y ya
conocemos el funcionamiento de casi todos los componentes nos centramos
primero en el tipo de contador que demos implementar.
A base de estos conocimientos previos para el desarrollo de la actividad debemos
estar en capacidad de entender el funcionamiento de algunos circuitos integrados
que cumplen con la misión de realizar el conteo ascendente descendente por eso
se elije arbitrariamente el circuito integrado CD40192 que cumple con la
explicación hecha de la siguiente manera
Contadores de Propagación: Los contadores digitales o binarios en esencia son
un grupo de FLIP-FLOPs dispuestos de tal manera que sus salidas proporcionan
una secuencia determinada como respuesta a los acontecimientos que ocurren a
la entrada del reloj. Estos acontecimientos pueden ser por lo general pulsos de
reloj (sincrónicos) o acontecimientos aleatorios (asincrónicos) alimentados como
entradas por la terminal de reloj de los FLIP-FLOPs. Los contadores de
propagación se basan en este último principio para generar secuencias binarias
que cambian como respuesta a eventos.
Para conformar un contador de n bits solo basta tener n FLIP-FLOPs, uno para
cada BIT de información. A continuación se dará una descripción sobre la
estructura y funcionamiento de los contadores de propagación más comunes en
lógica secuencial.
Contador de propagación ascendente: El FLIP-FLOP T, tiene especial
aplicación en los contadores, debido a la habilidad que tienen para cambiar a su
estado complementario, después de un evento de reloj.
Este contador cuenta en forma ascendente desde 0000 hasta 1111, es decir que
tiene 16 estados diferentes (2n =16). En electrónica digital, existe una notación que
define el número de estados de un contador, designada por la sigla MOD más él
número de estados, por esta razón se dice que es un contador MOD16.
Contadores con números MOD < 2n Los contadores básicos pueden ser
modificados para producir números MOD < 2n permitiendo que el contador omita
estados que normalmente hacen parte de la secuencia de conteo.
Contador décadas MOD 10
Asumiendo que la compuerta NAND no estuviera presente, el contador sería
MOD16, sin embargo la presencia de esta compuerta altera el funcionamiento
normal cuando las salidas Q3 y Q1 que van a la compuerta son 1. Esta condición
ocurrirá cuando el contador pase del estado 1001 (9) al 1010 (10), haciendo que
las entradas asíncronas CLR de los FLIP-FLOPs sean 0 y por tanto el contador
pase al estado 0000.
Contador de propagación descendente:
Los contadores descendentes cuentan en forma inversa, por ejemplo de 1111
hasta 0000. En la Figura se observa un contador descendente de 4 bits. Note que
este contador es similar al ascendente excepto que las salidas ahora son su
complemento.
Contadores Asíncronos
Para dar continuidad al diseño del circuito contador de personas del hospital,
procedemos ahora a diseñar el circuito contador de eventos, en este caso los
eventos son los pulsos generados por cada persona que cruza por la puerta del
hospital para ingresar Como el conteo es de máximo 15 personas, el contador
debe ser módulo 16; un contador que genere la secuencia de cero a 15, para lo
cual se requieren únicamente cuatro bits.
LISTA DE MATERIALES
Cantidad Componente Referencia
3 Compuerta AND 4081
4 Compuerta OR 4071
4 Oscilador 4093
2 microswitth N.A
2 Contadores ascendente-descendente 40192
1 Batería 5 voltios DC
2 Display 7 segmentos Cátodo común
2 Condensadores 220uF
12 Resistencia 330Ω
2 Resistencia 10KΩ
1 Decodificador BCD a 7 segmentos 4543
3 Led Rojo, verde, azul
Descripción de los componentes a utilizar
Contador CD40192
El CD40192b es un contador pre ajustable BCD ascendente /Descendente y el
CD40193B es un contador binario pre ajustable ascendente /descendente
constan de
4 reloj sincrónicamente
puerta "D" tipo flip-flops conectados como un contador
un PRESET permiten el control individual
reloj despertador y señales de bajada
un master RESET.
Cuatro salidas de la señal de Q
Podemos dar una idea general a la hora de implementar el contador el
decodificador y el oscilador correspondiente básicamente es lo que vamos a
implementar en nuestro montaje en el simulador proteus
CD4093 como oscilador
Circuito Integrado CD4093 CMOS, es una compuerta NAND Schmitt Trigger, su
voltaje de funcionamiento puede ser de 3V a 15V, el circuito es de los más fáciles
de armar, con el potenciómetro podemos variar la velocidad de oscilación que se
produce en RC, si lo deseamos podríamos quitar el potenciómetro y por medio de
la R1 continuaría la oscilación dependiendo del valor del capacitor y resistencia
podemos variar la frecuencia, en la patilla #2 podemos tener el control, cuando
recibe un nivel lógico alto(H) se activa y el nivel bajo(L) se detiene la oscilación,
Nos basamos en el siguiente circuito para utilizar nuestro integrado 4093 como
oscilador .
Utilización del CI 4093 en el simulador utilizamos una resistencia R1 de 330 Ω y
un condensador de 220 uF para determinar la velocidad de oscilacion para nuestro
circuito.
El schmitt trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar a la
señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia
y entrada son parecidos.
Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado
positivamente. Los niveles de referencia pueden ser controlados ajustando las
resistencias R1 y R2:
Efecto del uso del schmitt trigger (B) en vez de un comparador (A)
DM74LS08
Quad 2-Input AND Gates
Descripción General Este dispositivo contiene cuatro puertas independientes cada
uno de los cuales realiza la función lógica “Y”.
CD4543B
CD4543B es decodificador BCD a 7 segmentos diseñado principalmente para los
(LCD) de cristal líquido . También es capaz de conducir la luz de diodo emisor
(LED) , incandescente, de descarga de gas , y Displays fluorescentes Este aparato
es funcionalmente similar y sirve como reemplazo directo para el CD4056B
cuando el pin 7 está conectado a VSS. Se diferencia de la CD4056B en que tiene
una capacidad de visualización de supresión en lugar de una función de
desplazamiento de nivel y sólo requiere una fuente de alimentación . Cuando se
utiliza el CD4056B en el modo de cambio de nivel , se requieren dos fuentes de
alimentación . Cuando el CD4543B se utiliza para aplicaciones de LCD , una onda
cuadrada debe ser aplicado a la entrada de la fase y la placa de circuitos del
dispositivo de LCD . Para aplicaciones de LED se requiere una lógica 1 en la
entrada FASE para los dispositivos de cátodo común, una lógica 0 es necesario
para los dispositivos de ánodo común.
PINOUT INTEGRADO 4543
Circuito integrado conectado en el simulador
DM74LS32
Quad 2-Input OR Gate
Descripción General Este dispositivo contiene cuatro puertas independientes cada
uno de los cuales realiza función lógica “OR”.
DISPLAY 7 SEGMENTOS
Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se denomina P. A
la derecha vemos una representación del encapsulado con los pines para
conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le asignamos la letra
correspondiente del segmento. Esto significa que, por ejemplo, con el pin "a"
podemos controlar el estado del segmento "a" (encenderlo o apagarlo). Además
vemos en el encapsulado dos patillas llamadas "U", cuya función pasaremos a
explicar en breve.
Entonces, tenemos 8 leds colocados en forma de un dígito con punto decimal.
Ahora bien, un led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en total tenemos 8
leds, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin embargo el
encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y
se logra de la siguiente manera. Los 8 led se interconectan internamente de tal
forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos de cada led. El
extremos sobrante de cada led se conecta internamente con los demás, y este
punto de unión se encuentra disponible desde el exterior del encapsulado. Debido
a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmento:
Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan
internamente al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde
afuera del integrado.
Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan
internamente al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde
afuera del integrado.
FUNCIONAMIENTO
Diagrama de bloques para el circuito
Pulsador de entrada
Oscilador 4093
Combinacional
detector de 15
Decodificador
Contador ascendente
descendente
Pulsador de salida
Acceso a cada
área
Combinacional
detector de 0
Oscilador 4093
Display 7 segmentos
El proyecto tiene como finalidad la solución a una situación real para el control de
entrada y salida de personas a un hospital y que debe estar limitado a condiciones
previamente establecidas.
Como podemos observar en el diagrama de bloques necesitamos ubicar en cada
sección del hospital, urgencias, maternidad, quemados y cuidados intensivos una
serie de sensores que determinen cuando una persona ingrese o salga por cada
area en este caso utilisamos para la simulación un pulsador N.A como sensor de
entrada y otro pulsador como sensor de salida.
Seguidamente colocamos nuestro integrado 4093 como oscilador en la patilla #2
podemos tener el control, cuando recibe un nivel lógico alto (H) se activa y el nivel
bajo (L) se detiene la oscilación en este caso utilizamos una fuente DC para la
activación de cada pulso de oscilación dependiendo de las personas que pasen y
activen el sensor. Ademas como ya explicado anteriormente la velocidad de
oscilación será determinada por el condensador y la resistencia en este caso
utilizamos una resistencia de 330 Ω y un condensador de 220 uF.
La fuente de alimentación al circuito la podemos observar en la siguiente figura.
En el siguiente bloque aparecen los contadores ascendente – descendente que
toman los pulsos de la oscilación para determinar el código binario que debe tomar
el contador, para ello utilizamos el circuito integrado 40192 que es un contador
binario preajustable adaptándose a las características requeridas por el circuito
A continuación en el diagrama diseñamos un circuito combinacional que nos
permita controlar a la salida de los contadores ascendente – descendente el
numero de personas que puede ingresar en cada area para nuestro caso un
contador de eventos de 0 – 15 la lógica combinacional nos permite en
determinado caso que cuando una persona pase por el sensor y se repita el ciclo
hasta alcanzar el valor máximo pueda visualizar mediante una luz roja que el cupo
para esa area esta lleno de lo contrario cuando registra un valor por debajo de 15
personas se encenderá la luz verde dando disponibilidad para ingresar un nuevo
cupo.
Imagen indicando con luz verde que puede ingresar en el area de cuidados
intensivos puesto que el contador esta en 14 solamente quedando un cupo en el
momento que una nueva persona ingrese por esta area y el sensor la detecte in
mediatamente debe pasar y activar el sensor de luz roja e indicar que el cupo esta
lleno el contador debe parar su conteo y esperar que salga una persona.
Imagen cuando el contador llega a 15 pasa de luz verde de cupo disponible a luz
roja indicando que el cupo esta lleno y nadie podrá ingresar en esa area hasta que
no salga una persona.
Finalmente tenemos nuestro decodificador BCD a 7 segmentos quien toma el
código binario proporcionado por el contador y nos permite salida a un display 7
segmentos mostar por pantalla el nuemero de personas que ingresan y salen por
cada area utilizamos un decodificador 4543 y dos display 7 segmentos catodo
común permitiendo asi controlar y mostrar el numero de pacientes que se
encuentra en cada area .
A continuación mostramos las imágenes del montaje en el simulador uno por cada
area asi cumpliendo con la explicación planteada por el proyecto final .
ZONA A : Urgencias
ZONA B: Maternidad
CONCLUSIONES
El desarrollo del diseño e implementación del circuito de la actividad propuesta
nos prepara como ingenieros para entender la importancia de los circuitos
secuenciales dentro del entorno industrial y profesional, implementando soluciones
convergentes de ingeniería en los diferentes campos industriales y residenciales.
Del mismo modo se logró desarrollar y afianzar las competencias necesarias para
la definición lógica de un problema dado y su posible solución teórica y física, y
plasmar por medio de un diagrama de flujo su interpretación y con esto su
desarrollo.