LABORATORIO 6: VISUALIZACIÓN DINÁMICA.

                                                        

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.

 

FACULTAD DE INGENIERÍA.

 
LABORATORIO #6:  VISUALIZACIÓN DINÁMICA.
 
 
 
 
MIGUEL ÁNGEL QUINTERO RODRIGUEZ.
 20191005007.
 
 
 
 
PROFESOR:  CÉSAR ANDREY PERDOMO CHARRY.
 


10 / Noviembre / 2020
 
 
BOGOTÁ D.C

INTRODUCCIÓN:

El uso de codificadores y decodificadores de señal es esencial en la creación y desarrollo de circuitos digitales, los decodificadores son aquellos circuitos capaces de convertir pocas entradas en varias salidas, es decir, las salidas son mayores a las entradas; caso contrario con los codificadores, conviertes más entradas en menos salidas, como es el caso de los multiplexores.

El desarrollo se hará en la tarjeta de desarrollo PSoC, se tendrá que aplicar el conocimiento teórico del funcionamiento de un multiplexor para así diseñar el circuito equivalente a su tabla de verdad. De esta manera se tendrá también como objetivo aprender y afianzar los conocimiento adquiridos sobre el uso de los mapas de Karnaugh y el uso de la Tarjeta de desarrollo. Además de afianzar los conocimientos de las condiciones no importa dentro de los mapas y su aplicación en el laboratorio.

MATERIALES.

-PSoC creator 4.4.

-Microcontrolador PSoC 5LP.

-Placa de desarrollo para PSoC.

-Jumpers.

METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.

El laboratorio tiene dos focos importantes, uno de ellos es la visualización dinámica y el otro es el uso de multiplexores usado para codificar varias entradas y convertirlas a una cantidad de salidas específicas, en este caso se tiene propuesto diseñar un multiplexor de 8 entradas a 4 salidas.

El multiplexor como tal es un circuito que da la posibilidad de seleccionar cualquiera de las entradas que hayan, es decir, permite escoger una entrada de, ya sea, 2 entradas, 4 entradas, 8 entradas y así sucesivamente, la cantidad de entradas que se puedan seleccionar depende de la cantidad de selectores en función de 2^N, siendo N el número de selectores, lo mismo pasa con la cantidad de salidas.

Figura 1. Multiplexor 2 a 1.

El otro foco importante a desarrollar en este laboratorio es la teoría que acompaña a la visualización dinámica. Como tal, la visualización dinámica es una técnica que consiste en utilizar la persistencia visual del ojo humano, es decir, como es excitado el ojo con el cambio de imágenes, cada imagen se queda guardado por una cantidad limitada de tiempo, por lo que si hay un cambio de imágenes con una frecuencia lo suficientemente rápida el ojo no percibe un cambio brusco entre imágenes. Se considera que la frecuencia de umbral en un nivel de brillo de luz del día es de 40 Hz a 60Hz.

Figura 2. Displays 7 segmentos funcionales al mismo tiempo.

Esa teoría aplicada al desarrollo del laboratorio es fácilmente mostrada en el uso de dos displays de 7 segmentos que se activarán cada uno a más de 40 ciclos por segundo, por ese motivo los veríamos todo el tiempo activados, ese truco permite reducir la cantidad de decodificadores de 7 segmentos que se usarían. Ya que la idea es solo usar un decodificador de este tipo, se debe encontrar la manera que este decodificador maneje ambos displays, basándose en una señal de reloj conectada a los pines comunes y a los selectores del multiplexor.

Como se venía explicando, el laboratorio como tal tiene dos partes importantes, cuyo fin es aplicar los dos temas explicados anteriormente. La primera parte del laboratorio consiste en diseñar un circuito con visualización dinámica a partir de las conexiones propuestas:

En el diseño del circuito se debe implementar un multiplexor 8:4, un decodificador BCD@7Segmentos y debe visualizarse en los dos displays (aunque se dejen definidas las conexiones de los otros dos displays). El circuito debe mostrar en cada display el equivalente en decimal al número binario que le ingrese.

Figura 3. Conexiones propuestas.

Para diseñar el multiplexor 8:4 fue necesario empezar a diseñar desde el multiplexor 2:1, para así diseñar el MUX4:2 y de la unión de dos de estos MUX poder diseñar el MUX 8:4.

Figura 4. Circuito MUX 2:1.

Es un circuito con dos entradas, un selector y una salida, a la salida se muestra lo que entra por uno de las dos entradas y la que el selector muestre. A partir del MUX 2:1 se diseña el MUX 4:2 de la siguiente manera: 

Figura 5. Diseño MUX 4:2.

Como se ve en el diseño, el MUX 4:2 es la combinación de 2 multiplexores 2:1, que por medio del selector que va conectado a ambos selectores de los multiplexores 2 a 1 muestra un valor en una salida u otra. El funcionamiento se explicará mejor en el video adjunto. Para este tipo de multiplexores como son 4 entradas y 2 salidas, solo es necesario el uso de 1 selector.

Siguiendo la misma lógica, con la unión de 2 MUX 4:2 se puede diseñar un MUX 8:2, quedando el circuito de la siguiente manera: 

Figura 6.  Diseño MUX 8:4.

Como se explica anteriormente como es un MUX (multiplexor) que tiene 8 entradas y 4 salidas, solo es necesario un selector, que en el caso específico de este laboratorio irá conectado juntos a los comunes de los displays a una señal de reloj con cierta frecuencia para que satisfaga de esa manera la condición de que haya una visualización dinámica de ambos displays, de esta manera será casi imperceptible como se apaga un display y se enciende otro. Teniendo ya entonces el MUX8:4 y el decodificador BCD@7segmentos, el circuito para esta primera parte del laboratorio quedaría así:

Figura 7. Circuito Visualización dinámica.

Una vez programada la PSoC con los pines y conexiones propuestas se procede a comprobar el correcto funcionamiento del circuito.

Figura 8. Configuración PSoC.

Imagen 1. PSoC programada y en funcionamiento.

En el video adjunto se evidenciará de mejor manera el funcionamiento de esta primera parte del laboratorio.

La segunda parte del laboratorio consiste en diseñar e implementar un sumador de dos números BCD , tal que con la ayuda del multiplexor y el decodificador se realice la visualización dinámica para decenas y unidades. Obviamente hay que tener en cuenta como es el funcionamiento de la suma de números BCD y que se debe aplicar una corrección cuando el número que ingresa es mayor a 9.

Para este circuito el sumador BCD ya se había diseñado e implementado en otras circunstancias en un laboratorio anterior, por lo que su diseño por partes está ya explicado en un informe anterior. El diseño del sumador BCD es el siguiente:

Figura 9. Diseño Sumador BCD.

Implementando el sumador BCD al circuito de la parte anterior, ya estaría diseñado e implementado el sumador BCD que con visualización dinámica mostraría el resultado de la suma de los dos números de 4 bits que ingresan.

Figura 10. Diseño Circuito Sumador BCD con Visualización dinámica.

La configuración de los pines es la misma, y el cableado exactamente igual por lo que lo único que toca hacer es reprogramar la PSoC con el nuevo código en donde se agrega el sumador BCD para así probar en la tarjeta de desarrollo el correcto funcionamiento del circuito diseñado.

Imagen 2. PSoC programada y en funcionamiento.

En el video adjunto se evidenciará de mejor manera el funcionamiento de esta segunda parte del laboratorio.

CONCLUSIONES.

El uso de multiplexores puede significar un evidente ahorro de materiales, ya que en el caso de este laboratorio fue de vital importancia en la activación de un dos displays por medio de un solo decodificador BCD a 7 segmentos, de no usar el multiplexor hubiese sido necesario el uso dos decodificadores y quizá más material, que significaría el uso de más compuertas lógicas y por ello, en caso de no usar una PSoC, se utilizarían más circuitos integrados.

La visualización dinámica de manera secuencial a una velocidad muy alta de refresco es capaz de hacer parecer que dos o más imágenes son mostradas a la vez, pero en realidad están siendo mostradas de forma sucesiva.

BIBLIOGRAFÍA.

- Guía práctica 6: visualización dinámica. César Andrey Perdomo Charry.

- https://personales.unican.es/manzanom/Planantiguo/EDigitalI/MuxG7_09.pdf

ANEXOS.

Video YouTube: https://youtu.be/1zjGkQz-OOc