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INFORME DE LABORATORIO - ELECTR ONICA DIGITAL´
LABORATORIO N° 1
Estudiantes: Luis Guevara, Richary Trujillo, Patrick Guachamin
Docente: Msc. Edgar Jaramillo
T´ecnico Docente: Msc. Alejandra Pinto Erazo
23 de mayo de 2024
1. Introducci´on
La representaci´on de informaci´on mediante pulsadores y displays utilizando n´umeros binarios es una t´ecnica fundamental en el ´ambito de la electr´onica digital. En este laboratorio, exploraremos c´omo podemos aplicar esta t´ecnica para representar n´umeros de c´edula utilizando el sistema binario. Los pulsadores nos permitir´an ingresar los d´ıgitos de la c´edula, mientras que los displays mostrar´an los n´umeros correspondientes en binario. Este ejercicio nos ayudar´a a comprender c´omo se usa n´umeros binarios para representar datos, y nos mostrar´a la versatilidad de estos sistemas en diferentes ´areas. Exploraremos los conceptos b´asicos de la representaci´on binaria, la interacci´on con pulsadores y la visualizaci´on de datos en displays.
2. Objetivos
2.1. Objetivo General
Analizar y comprender la representaci´on binaria de n´umeros mediante sistemas digitales y adquirir habi- lidades pr´acticas en el uso de dip switches y displays de 7 segmentos para manipular datos digitales de manera eficiente y precisa.
2.2. Objetivos Espec´ıficos
Realizar c´alculos aritm´eticos simples utilizando los n´umeros binarios representados para confirmar la exactitud de la representaci´on.
Adquirir habilidades en electr´onica mediante la comprensi´on y aplicaci´on de la representaci´on binaria de datos, utilizando pulsadores, dip switches y displays de 7 segmentos
3. Fundamentaci´on te´orica
A trav´es de los a˜nos, el sistema binario ha evolucionado gracias a los esfuerzos de numerosos cient´ıficos. Sin embargo, se atribuye al matem´atico alem´an del siglo XVII, Gottfried Wilhelm Leibniz, el m´erito de desarrollar el sistema binario moderno. El sistema binario se destaca en sistemas digitales debido a su simplicidad en el dise˜no de circuitos para operar con n´umeros binarios en comparaci´on con otras bases num´ericas. A diferencia del sistema decimal, que emplea diez d´ıgitos (del 0 al 9), el sistema binario se caracteriza por utilizar ´unicamente dos d´ıgitos: 0 y 1. Esta particularidad se debe a que su base num´erica es 2, lo que implica que cada posici´on dentro de un n´umero binario representa una potencia de 2. En el siguiente cuadro podemos ver un ejemplo de como seria la representacion binaria de algunos numeros decimales (Furber, 2000).
N´umero binario N´umero decimal 1010 10 1101 13 11110000 240 1001 9 111111 63
Es fundamental comprender que en el sistema binario, cada posici´on ubicada a la izquierda del punto (o coma en sistemas inform´aticos) representa una potencia de 2 que aumenta progresivamente, mientras que cada posici´on a la derecha del punto representa una potencia del mismo n´umero pero decreciente, pero con exponentes negativos
Los n´umeros binarios son cruciales en la representaci´on de datos en sistemas digitales. Por ejemplo, en una computadora, la informaci´on se almacena y procesa en binario. Cada componente electr´onico procesa datos en binario, permitiendo operaciones l´ogicas y aritm´eticas(Knuth, 1997). Adem´as, son la base de la aritm´etica binaria, incluyendo suma, resta, multiplicaci´on y divisi´on. Estas ope- raciones son similares a las del sistema decimal, con diferencias en acarreos y desbordamientos debido a su base. Tambi´en son vitales en la codificaci´on de informaci´on. Por ejemplo, en computadoras, se emplean c´odigos binarios como ASCII o Unicode para representar caracteres y s´ımbolos(Knuth, 1997). En la electr´onica digital, la informaci´on se expresa mediante agrupaciones de bits. Por ejemplo, un byte, constituido por 8 bits, puede representar una variedad de datos, como valores num´ericos, caracteres, instrucciones de m´aquina, entre otros(Mano y Ciletti, 2013).
Figura 1: Aplicaciones de Binarios
Los pulsadores, tambi´en llamados botones o interruptores moment´aneos, son dispositivos de entrada que posibilitan a los usuarios enviar se˜nales el´ectricas a un circuito. Al presionar un pulsador, se completa un circuito el´ectrico, lo que puede entenderse como un estado l´ogico 1. Al soltar el pulsador, el circuito se interrumpe, representando un estado l´ogico 0. Estos componentes son fundamentales en numerosas aplicaciones electr´onicas y son frecuentemente empleados en interfaces de usuario. Los displays son aparatos de salida que exhiben datos visuales. En el marco de la representaci´on de una c´edula mediante n´umeros binarios, los displays son empleados para presentar los n´umeros binarios ingresados por medio de los pulsadores. Existen diversos tipos de displays, tales como LEDs (diodos emisores de luz), LCDs (pantallas de cristal l´ıquido) y displays de segmentos. Para la representaci´on de n´umeros binarios, se pueden emplear LEDs individuales o matrices de LEDs, en las cuales cada LED representa un bit.
Figura 2: Display
Los sistemas electr´onicos de circuitos l´ogicos digitales llevan a cabo operaciones l´ogicas en uno o varios bits de datos. Estos circuitos tienen la capacidad de ejecutar funciones b´asicas como AND, OR, NOT, adem´as de funciones m´as elaboradas como sumadores y comparadores. Los elementos esenciales de estos circuitos son las compuertas l´ogicas (tales como AND, OR, NOT), los flip-flops (utilizados para almacenar datos) y los multiplexores (empleados para seleccionar datos). La interfaz de usuario es el medio a trav´es del cual los usuarios interact´uan con un sistema. En el caso de la representaci´on de la c´edula mediante pulsadores y displays binarios, la interfaz comprende los pulsadores empleados para ingresar los datos binarios y los displays que muestran la informaci´on resultante. Dise˜nar una interfaz de usuario efectiva es fundamental para asegurar una experiencia de usuario intuitiva y eficiente. Los n´umeros binarios desempe˜nan un papel crucial en m´ultiples ´areas de la electr´onica. Son esenciales en campos como la inform´atica, las comunicaciones, el control de sistemas, la seguridad inform´atica y el procesa- miento de se˜nales. Estos n´umeros no solo representan datos y realizan c´alculos, sino que tambi´en facilitan la transmisi´on de informaci´on, el control de dispositivos y la protecci´on de la confidencialidad de los datos, as´ı como el procesamiento de multimedia.
Figura 5: Dip switches
Figura 6: Display
electr´onicos sin requerir soldadura de componentes, lo que agiliza la experimentaci´on y el desarrollo r´apido de prototipos. Se compone de una placa con agujeros interconectados el´ectricamente, en los cuales es posible insertar y conectar componentes electr´onicos utilizando cables de conexi´on.
Figura 7: Protoboard
Resistencias (220 ohmios) para limitar la corriente en los LEDs. Las resistencias se emplean para restringir la corriente en un circuito y salvaguardar los componentes, como los LEDs, de posibles da˜nos ocasionados por corrientes demasiado elevadas. En situaciones como esta, las resistencias de 220 ohmios son habi- tualmente utilizadas en circuitos con LEDs con el fin de regular la corriente y prevenir su deterioro por sobrecarga(Santacruz, 2016).
Cables de conexi´on. Los cables de conexi´on son conductores que se emplean para unir entre s´ı componentes electr´onicos o para conectarlos a una fuente de energ´ıa. Estos cables pueden variar en longitud, color y tipo, como los cables jumper (con pinzas en ambos extremos), cables de puente (para conectar puntos en una protoboard) o cables de conexi´on permanentes (para soldar componentes en un circuito definitivo). Son indispensables para establecer conexiones el´ectricas seguras y fiables en un circuito electr´onico.
Figura 8: Resistencia
Figura 9: Cables de conexi´on
5. Desarrollo
5.1. Procedimiento Experimental
El experimento se realiz´o utilizando un dip switch de 10 segmentos, siguiendo las siguientes etapas:
Se configur´o el dip switch de acuerdo al diagrama proporcionado en el datasheet del display de 7 segmentos.
Figura 10: Diagrama de conecci´on
Se conectaron los primeros 8 puertos del dip switch seg´un las especificaciones del datasheet para seleccionar los n´umeros a mostrar en el display. Los puertos 9 y 10 del dip switch no fueron utilizados.
Figura 14: Reprecentaci´on numero 4
Para mostrar el 2: Se activaron los segmentos correspondientes para formar un n´umero 2 en el display. Se prenden todos excepto el 6 y el 3, que representan las letras ’f’ y ’c’, respectivamente.
Figura 15: Reprecentaci´on numero 2
Para mostrar el 5: Se activaron los segmentos correspondientes para formar un n´umero 5 en el display. Se prenden el 1, 3, 4, 6 y 7, que representan las letras ’a’, ’c’, ’d’, ’f’ y ’g’, respectivamente.
Figura 16: Reprecentaci´on numero 5
Para mostrar el 3: Se activaron los segmentos correspondientes para formar un n´umero 3 en el display. Se prenden el 1, 2, 3, 4 y 7, que representan las letras ’a’, ’b’, ’c’, ’d’ y ’g’, respectivamente.
Figura 17: Reprecentaci´on numero 3
Para mostrar el 7: Se activaron los segmentos correspondientes para formar un n´umero 7 en el display. Se prenden el 1, 2 y 3, que representan las letras ’a’, ’b’ y ’c’, respectivamente.
Figura 18: Reprecentaci´on numero 7
6. Interpretaci´on de Resultados / Discusi´on
Al analizar los resultados obtenidos durante la pr´actica de laboratorio, es importante comprender el contexto y las dificultades encontradas durante el proceso experimental. En esta secci´on, se explorar´an las razones detr´as de los resultados, las dificultades enfrentadas y c´omo fueron superadas. Una de las dificultades significativas encontradas durante la pr´actica fue la configuraci´on adecuada del dip switch para establecer la conexi´on con el display de 7 segmentos. Inicialmente, no estaba claro c´omo deb´ıan interconectarse ambos componentes para lograr la representaci´on num´erica deseada en el display. Sin embargo, esta dificultad se resolvi´o mediante la consulta detallada de los datasheets de ambos componentes. Al examinar las especificaciones proporcionadas en los datasheets, se obtuvo una comprensi´on clara de c´omo realizar las conexiones correctas entre el dip switch y el display. Adem´as, la interpretaci´on de los datos mostrados en el display tambi´en present´o desaf´ıos. La correcta iden- tificaci´on de los segmentos activos necesarios para representar cada d´ıgito de la c´edula requer´ıa un an´alisis cuidadoso de la codificaci´on de segmentos proporcionada en el datasheet del display. Sin embargo, con el uso adecuado de la informaci´on proporcionada en el datasheet y la experimentaci´on pr´actica, se logr´o identificar las combinaciones correctas de segmentos para cada n´umero de la c´edula. A pesar de las dificultades encontradas inicialmente, el proceso experimental se desarroll´o con ´exito gracias a una investigaci´on exhaustiva y un enfoque pr´actico para resolver los problemas. La consulta de los datasheets y la experimentaci´on activa fueron fundamentales para superar los desaf´ıos y obtener resultados precisos en la representaci´on de los n´umeros de la c´edula en el display de 7 segmentos.
7. Video
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