Horizonte Electrónico

La electrónica hoy en día vive un periodo de gran auge, cada vez la industria electrónica comienza a automatizarse de forma muy acelerada. Los microcontroladores ocupan un sitial importante en la electrónica sus múltiples aplicaciones los llevan a ser utilizados constantemente.

Ahora el aspecto que pudiera conllevar una negatividad en el pic es que se necesita saber programarlos, para ello se puede utilizar cualquier lenguaje de programación, nuestra misión acá en horizonte electrónico es colocar un curso básico que permita aprender a utilizar los microcontroladores de forma eficiente, para ello colocaremos post que muestren los detalles teóricos que son necesarios conocer, se colocaran circuitos para practicar y a su vez comenzar a programar estos dispositivos tan versátiles.

Para comenzar les dejare el primer modulo el cual utilizaremos para varias lecciones con la finalidad de aprender a programar los puertos del microcontrolador como entrada/ salida, este ejemplo que colocare será solo un adelanto de lo versátil que nos puede resultar el dispositivo, para nuestra próxima entrega comenzaremos con lo más básico del pic 16f628a, el motivo por el cual lo seleccione se debe a que es económico, muy versátil con buenas prestaciones y además se consigue poca información de él.

link para descargar el archivo: modulo 1

Las FPGA’s (Field Programmable Gate Array) Son dispositivos lógicos de propósito general programable por los usuarios, compuesto de bloques lógicos comunicados por conexiones programables. El tamaño, estructura, número de bloques y la cantidad y conectividad de las conexiones varían en las distintas arquitecturas.

Es un circuito integrado que contienen celdas lógicas idénticas (64 hasta 8’000.000) que se puede ver como componentes estándar. Las celdas lógicas se interconectan por medio de una matriz de cables y switches programables

· Estructura: arreglo bidimensional de bloques lógicos rodeados por conexiones configurables. Una familia contiene idénticos bloques lógicos y conexiones, pero difieren en el tamaño del arreglo.

· Tecnología de programación: se programa por la carga de celdas de memoria de configuración, que controlan la lógica e interconexiones.

· Características: volatilidad, no volatilidad, memoria externa, reprogramabilidad, proceso de fabricación estándar y bajo consumo.

La FPGA representa uno de los últimos avances en tecnología de dispositivos lógicos programables, es importante señalar que una FPGA realmente se re configura con un programa, a diferencia de lo que normalmente se conoce como sistema programado (microcontrolador, microprocesador etc) en donde un hardware fijo es capaz de interpretar y ejecutar un programa especificado como un conjunto de instrucciones por el programador, en las FPGA lo que se tiene es un hardware que se configura realizando conexiones físicas que son especificadas por un programa o cadena de configuración.

Es importante notar que al realizar un diseño con FPGA se presentan los mismos inconvenientes que al realizar un sistema con componentes discretos, es decir toman relevancia los fenómenos de retardo de propagación y los relacionados con las señales de clock. ( jitter etc).

Los primeros dispositivos lógicos programables eran las PAL o los PLD, estos presentaban compuertas (AND / OR) fijas que podían ser programadas para responder a determinadas funciones de transferencias.

Las FPGA a diferencia de los PLD y PAL, es que su estructura no está compuesta por compuertas AND/OR, en su lugar contienen blocks lógicos para implementar las funciones requeridas.

El álgebra de las operaciones lógicas, es conocida en la actualidad como “Álgebra de Boole”. El álgebra booleana es un sistema algebraico cerrado, compuesto por:

• un conjunto K={0,1}
• los operadores binarios: suma booleana (+ o OR) y el producto booleano (. o AND)
•  y el operador unitario complemento ( o ‘ o NOT)

El álgebra booleana es un conjunto de reglas matemáticas (similares en algunos aspectos al álgebra convencional), pero que tienen la virtud de corresponder al comportamiento de circuitos basados en dispositivos de conmutación (interruptores, relevadores, transistores, etc.).

Conjuntos y elementos (TC)

 Comencemos ahora por la teoría de conjuntos. El concepto de conjunto surge de manera natural en muchas situaciones de la vida: películas de guerra, novela rosa, pescaderías… si llevamos a cabo un sencillo proceso de abstracción, veremos que podemos definir un conjunto de dos modos distintos:

• Por extensión: enumeración simple de sus elementos
• Por comprensión: definir una propiedad no ambigua y determinada.

Veamos un ejemplo:

Supongamos un conjunto que comprende los componentes del grupo musical “The Beatles”. Definiríamos tal conjunto por extensión de la siguiente manera:

S= {Paul McCartney, Jhon Lennon, George Harrison, Ringo Starr}

Definido por comprensión, el conjunto quedaría así:

S= {x/x pertenezca al grupo musical “The Beatles”}

Operaciones binarias

Una operación binaria (º) en un conjunto A es una operación tal que si a,b son elementos del conjunto A, también lo es aºb.

Por ejemplo en aritmética, ¿es la división (4) una operación binaria? Puede o no serlo,  depende del conjunto que consideremos, si el conjunto considerado es J+, entonces 4 es una operación binaria. Si por el contrario, el conjunto a considerar es Z, entonces 4 no resulta ser una operación binaria.

Operaciones unitarias

Una operación unitaria (~) sobre un conjunto A es una operación tal que si a es un elemento de A, también lo es ~a.

Volvamos a la aritmética para elaborar un ejemplo. ¿Es la operación “tomar el valor negativo de” (-) una operación unitaria? Si consideramos tal operación sobre el conjunto Z+, entonces (-) no es una operación unitaria; si por el contrario la consideramos sobre todo los números enteros, Z, (-) si cumple con el requisito para ser una operación unitaria.

fuente: álgebra de boole de Javier  Borge y otros textos de la web.

Son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria, caracteristica de temporizacion y de memoria, por lo cual están constituidos a base de flip-flops.

Se utilizan para contar eventos. Ejemplos:
1. número de pulsos de reloj.
2. medir frecuencias.
3. Se utilizan como divisores de frecuencia y para almacenar datos. Ejemplo: en un reloj digital.
4. Se utilizan para direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.

CONTADORES CON CI TTL

Son circuitos integrados donde vienen incluidos los flip-flops conectados según el tipo de contador y las puertas. Estos contadores se pueden llamar de propósito general. El CI 74192 es un contador reversible BCD síncrono TTL, es decir, módulo-10. Tiene doble entrada de reloj, una para cuenta ascendente y una para cuenta descendente que conmutan en la transición del nivel BAJO al nivel ALTO del pulso. La entrada de borrado síncrono se activa en nivel ALTO colocándo las salidas en nivel BAJO (0000) y se inicializa en cualquier número que se cargue en las entradas de datos en forma binaria y se transfieren asíncronamente a la salida BCD (A=QA, B=QB, C=QC, D=QD). La salida de arrastre se utiliza para conectar en cascada serie varios contadores.

en el foro se encuentra disponible la simulación en proteus de un contador digital de 0 a 9

foro

El FF-SR es un dispositivo con dos entradas (Set y Reset) y una variable de estado o salida (Q) capaz de “guardar” un bit de información y funciona como sigue:

• Si su entrada Set se activa su estado Q se pone en Alto

• Si su entrada Reset se activa su estado Q se pone en Bajo

• Si no se activa ni Set ni Reset su estado no cambia

• Por supuesto, no se permite activar Set y Reset simultáneamente.

Diagrama de Bloques

Aunque el FF-SR posee dos entradas (S y R) y sólo una salida (Q), es común la implementación que provee además de Q su versión complementada Q , como se muestra en la figura siguiente

Tabla de Funcionamiento

Los fabricantes de los circuitos integrados usan una tabla de funcionamiento para describir la operación de un circuito de una manera compacta, dicha tabla de funcionamiento no es otra cosa que una tabla de verdad como la usada para circuitos combinacionales, en la cual se ha introducido la información del tiempo que en el caso de circuitos secuenciales se vuelve esencial. Enseguida se ilustrará el uso de esta tabla para describir de manera compacta el funcionamiento del FF-SR.

En donde se ha utilizado la siguiente notación:

tn = instante en el cual se aplican las entradas.

tn+1 = instante después que el circuito responde.

Qo = salida Q en el instante tn

Q+ = salida en el instante tn+1