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Actividad presaberes UNAD electronica digital
Tipo: Ejercicios
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Unidad 1: Pre-tarea - Actividad de Presaberes Hans Enrique Bernal Código: 72.099. Grupo: 24300 4_ 10 de abril de 2020 Tutor: Andrés David Suarez Universidad Nacional Abierta y A Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería CEAD Barranquilla
El siguiente documento tiene como propósito iniciar el proceso formativo en el curso de electrónica digital mediante el empleo de los conocimientos previos en análisis de circuitos para la resolución de ejercicios teóricos prácticos y uso de herramientas computacionales para el desarrollo de circuitos digitales. Para el desarrollo del problema es necesario entender el comportamiento del circuito, características, componentes asociados y los conceptos relacionados. OBJETIVOS GENERAL Demostrar los conocimientos previos sobre análisis de circuitos ESPECIFICOS Realizar la lectura de los contenidos señalados en la guía de actividades para el desarrollo de la misma. Realizar las actividades señaladas dentro de la guía de actividades. Presentar avances del desarrollo de los contenidos solicitados en la guía de actividades en el foro destinado para tal propósito.
2.1 ¿Cuál es la función del circuito pull down y pull up en los circuitos digitales? Los componentes digitales, como las puertas lógicas o las entradas y salidas de los microcontroladores, deben estar en uno de dos estados, llamados nivel alto y nivel bajo. El nivel alto se corresponde con la tensión VCC positiva (normalmente 5V o 3,3V) y el nivel bajo es aquel que conectaría el puerto a GND. Además, dependiendo de la tecnología subyacente, el puerto se puede considerar activo cuando está a nivel bajo, o en otras ocasiones, cuando está a nivel alto. Por ejemplo, el procesador Atmega328 (Arduino) tiene un puerto RESET que es activo a nivel bajo, es decir, que cuando se conecta a GND, se produce el reseteo del microcontrolador. Otro escenario posible es aquél en el que un puerto de salida (por ejemplo, una puerta lógica o la salida de otro microcontrolador), necesita poner un valor en el puerto de otro elemento digital en el circuito. Para gestionar estas situaciones se utilizan resistencias pull-up (pull-up resistors en inglés). Las resistencias Pull-up son utilizadas en circuitos digitales para asegurar en cualquier circunstancia un nivel lógico seguro y definido en una determinada entrada o pin digital. Cabe recordar que en electrónica digital existen tres estados lógicos: Alto (High): Representa la presencia de voltaje eléctrico, también llamado Uno Lógico. Bajo (Low): Representa la ausencia de voltaje eléctrico, también llamado Cero Lógico. Flotante (Floating): Estado de Alta Impedancia (Hi-Z). Desconectado del resto del circuito electrónico. El estado de Alta Impedancia se utiliza cuando deseamos inhibir determinadas salidas digitales, por ejemplo, en Buses de Comunicación. Eléctricamente es igual que si no estuviera conectado, por lo tanto, no interfiere el funcionamiento eléctrico del resto de circuitos. No todos los circuitos digitales disponen en sus salidas de los tres estados, a las salidas digitales dotadas de esta característica se les denomina tri-state. Los circuitos digitales de tecnología TTL suelen integrar para conseguirlo un par de transistores conectados en configuración Totem Pole.
Pero lo que en una salida digital puede ser útil, ya que nos permite conectar distintas salidas digitales a un solo cable y en cada momento decidir cuál de ellas controla el estado lógico de todas las entradas conectadas (eso es un bus digital), para una entrada digital es inadmisible, ya que solo puede reconocer estados Altos y Bajos. Una entrada digital no conectada, o en Alta Impedancia, recogerá todo el ruido eléctrico ambiental, lo que dará lugar a errores debidos a que ese ruido será interpretado como bruscas modificaciones de estados lógicos. Además, producirá sobreconsumos y oscilaciones eléctricas indeseadas. Todo ello, producirá comportamientos no esperados que se manifestarán en forma de averías aleatorias que, en ocasiones, pueden llegar a causar daños irreversibles en la electrónica de la entrada digital. Por ejemplo, un microcontrolador con un pin al aire (sin conectar) o conectado a un interruptor abierto, ¿a qué valor lógico estaría conectado?
2.2 ¿Cuál es el valor recomendado para la Resistencia de pull up y pull down, por qué? Depende de dos factores. El primero es la disipación térmica y consumo eléctrico de la propia resistencia. Un valor de resistencia demasiado bajo dará lugar a una corriente eléctrica elevada (Ley de Ohm) que calentará la resistencia y consumirá más energía de la posiblemente sea necesaria. Un valor de resistencia demasiado alto puede hacer que la corriente que debe asegurar el estado Bajo o Alto sea insuficiente, por lo que no cumpliría su cometido de asegurar el valor lógico en caso de indeterminación eléctrica. La desventaja de usar resistencias demasiado altas es que las respuestas de las entradas digitales a los cambios de voltaje se vuelven más lentas. Como regla general se debe usar una resistencia de valor 10 veces menor a la impedancia de la entrada digital, lo que no suele ser ningún problema, ya que normalmente las entradas digitales tienen una impedancia igual o superior a 1MΩ. Y para evitar el calentamiento y sobreconsumo eléctrico, si la alimentación es a 5 voltios, se suelen emplear resistencias de entre 1KΩ y 10KΩ (corriente entre 5mA y 0, mA) dependiendo de la inmunidad al ruido eléctrico y características propias de la entrada digital que especifique el fabricante.
En caso de duda, se puede empezar probando con una resistencia de 4,7KΩ, y para circuitería CMOS (la más habitual actualmente) probar con 10KΩ, aunque debido a la pequeña corriente y alta impedancia de entrada con la que trabaja la tecnología CMOS se podría llegar a 1MΩ. La desventaja de usar resistencias demasiado altas es que las respuestas de las entradas digitales a los cambios de voltaje se vuelven más lentas, además de disminuir su inmunidad al ruido eléctrico. 2.3 Proponga un circuito que permita generar una señal de reloj. a) Realizar un diagrama de bloques. b) Realizar su implementación en un software de simulación de circuitos. Señal de Reloj Se define una señal de reloj como una señal digital binaria que oscila entre valor alto y bajo de manera (normalmente) periódica con forma cuadrada y ciclo de trabajo del 50% (duty cycle). En electrónica se suele representar con los símbolos SCK o CLK. Como norma general la señal de reloj se utiliza para sincronizar el procesamiento de datos de varios dispositivos que deban trabajar juntos, es por esto que cuando enlazamos dos dispositivos, por ejemplo, microcontroladores mediante un BUS síncrono como pueda ser SPI o i2C, aparece siempre un hilo de reloj, para que la comunicación se realice de manera correcta y efectiva.
Circuito integrado NE555 y explicación del circuito. El CI 555 es el más popular de los circuitos integrados temporizadores. Existen dos versiones el NE555, fabricado con tecnología bipolar, y el ICM7555, fabricado con tecnología CMOS, pudiéndose sustituir el uno por el otro en la mayoría de las ocasiones, puesto que la disposición de las patillas es la misma, diferenciándose ambos fundamentalmente en la alimentación que necesitan. En esta práctica nos centraremos en el NE555. Se trata de un dispositivo muy estable que puede trabajar como temporizador o como generador de ondas cuadradas y rectangulares (multivibrador). Funcionando como temporizador el tiempo está controlado por un grupo RC externo formado por una resistencia y un condensador (modo monoestable), mientras que funcionando como generador de impulsos rectangulares la frecuencia es controlada por un conjunto externo formado por dos resistencias y un condensador (modo astable) El circuito elaborado genera una señal cuadrada de frecuencia y ciclo útil fijos. Es una aplicación típica del CI 555 configurado como multivibrador astable, usada principalmente como señal de reloj en circuitos realizados con flip flops.
En el circuito propuesto, la frecuencia de la señal de salida depende de la resistencia R 2 , el potenciómetro R 1 y del condensador C 1 y es que con estos valores obtendremos una señal cuya frecuencia podrá oscilar entre 300 Hz y 14 KHz. Cuanto más grande sea la resistencia del potenciómetro más bajo podremos llegar, es decir, menor podrá ser la frecuencia.
3. Registro y prueba del software EdaPlayGround: Realizar el registro en el software online EdaPlayGround. Las instrucciones para hacer registro y una prueba de este software se encuentran en el Entorno de Aprendizaje Práctico. La evidencia que deberán subir en el informe será una impresión de pantalla, donde se muestre el diseño y la simulación de una compuerta AND (ver video en el entorno de Aprendizaje Práctico). Captura de pantalla de la implementación del software EdaPlayground de la compuerta AND
Un circuito Pull-Up en electrónica tiene la función de elevar una tensión de entrada o salida que tiene un circuito lógico mientras éste está en reposo. Esto evita que se hagan lecturas erróneas si este pin ya no tiene nada conectado o no está recibiendo una señal. Se utiliza una resistencia que se conecta a la fuente de alimentación. Cuando el interruptor está abierto la corriente va desde la fuente de alimentación al Vout dando un valor lógico de HIGH y cuando el interruptor está cerrado la corriente se mueve hacia tierra (GND) dejando un 0 (LOW) en el pin Un circuito Pull-Down hace que la entrada lógica sea cero mientras éste está en reposo (LOW). Se usa una resistencia que se conecta a tierra (GND). De esta manera cuando el interruptor está abierto la corriente se dirige hacia la resistencia dejando un valor de 0 en el pin (LOW) (Dibujo superior). Si el interruptor se encuentra cerrado la corriente se moverá hacia el pin dejando un valor lógico alto (HIGH) Las resistencias que se suelen emplear para estos casos son resistencias con un valor comprendido entre 1KΩ y 10KΩ, un valor lo suficientemente alto para no influir en el circuito. En electrónica y especialmente en circuitos digitales síncronos, una señal de reloj es una señal usada para coordinar las acciones de dos o más circuitos. Una señal de reloj oscila entre estado alto o bajo, y gráficamente toma la forma de una onda cuadrada. Una señal de reloj es producida por un generador de reloj, como se dijo usualmente en forma de onda cuadrada y usualmente empleando una frecuencia fija constante. Los circuitos que utilizan la señal de reloj para la sincronización pueden activarse en el flanco ascendente, flanco descendente o en ambos. La mayoría de los circuitos integrados complejos utilizan una señal de reloj para sincronizar sus diferentes partes y contar los tiempos de propagación. A medida que se fue incrementando la complejidad de los circuitos, se volvió más complicada la sincronización a través del reloj.
Muñoz, J. (2012). Introducción a los Sistemas Digitales: Un enfoque usando Lenguajes de Descripción de Hardware. (Capítulos 1, pp. 19-66). Madrid. Recuperado de: https://openlibra.com/es/book/introduccion-a- los-sistemas-digitales Hernández, A (2017). Resistencias Pull Up y Pull Down en Circuitos Digitales. Recuperado de: https://tallerelectronica.com/2017/03/13/resistencias-pull-uppull-down- en-circuitos-digitales/ García, A. ¿Qué son las resistencias pull-up? Recuperado de: https://www.digilogic.es/que-son-las-resistencias-pull-up/ Alegsa.com.ar (2018). Definición de Señal de reloj. Recuperado de: http://www.alegsa.com.ar/Dic/señal de reloj.php Paletos de la electrónica. (2015). Resistencias Pull-Up y Pull-Down. Recuperado de: https://paletosdelaelectronica.wordpress.com/2015/01/25/resistencias- pull-up-y-pull-down/ Gómez, E. (2016). Señal de reloj con 555 timer. Recuperado de: https://www.rinconingenieril.es/senal-de-reloj-con- 555 - timer/ Laiton, W. (2017). Generador de señal de reloj (CLK) con el CI 555. Recuperado de: https://wilaebaelectronica.blogspot.com/2017/12/generador-de-senal- de-reloj-clk-con-el-ci-555.html
