SISTEMAS DIGITALES BÁSICOS – Sesión 3/16MONOESTABLES Competencia • Momento pedagógico: Aprender a Aprender (Formulación de problemas) Aprender a Hacer (Solución de problemas) • Curso base para: Diseñar un sistema digital, utilizando las técnicas de la lógica secuenciales, para solucionar problemas de su entorno con la tecnología más adecuada. Utilizar las últimas herramientas CAD con el propósito de reforzar el proceso de aprendizaje, tales como, aprender a manejar el software que permite dibujar CI (circuitos integrados) interconectarlos y simular su funcionamiento. Agenda Sesión 3/16 • 1:40 Horas: MONOESTABLES Monoestables. Monoestables no redisparables. Establecimiento de la anchura del impulso. Circuito integrado 71121 El disparador de Schmitt. Monoestables redisparables. Circuito integrado 74LS122 El temporizador 555. Funcionamiento básico. Funcionamiento como monoestable. Conceptos claves • 20 minutos: Evaluación Guía de Agenda de Sesión • Motivación • Objetivos – General – Específicos • Contenido – FLIP-FLOPS (BIESTABLES) Monoestables. Monoestables no redisparables. Establecimiento de la anchura del impulso. Circuito integrado 71121 Guía de Agenda de Sesión El disparador de Schmitt. Monoestables redisparables. Circuito integrado 74LS122 El temporizador 555. Funcionamiento básico. Funcionamiento como monoestable. Ejercicio de aplicación Conceptos clave – Evaluación – Bibliografía Objetivo general Conocer y explicar los circuitos multivibradores monoestables. Objetivos específicos Describir el funcionamiento básico de un monoestable. Explicar como funciona un monoestable no redisparable. Explicar como funciona un monoestable redisparable. Configurar los monoestables 74121 y 74LS122 para obtener una anchura de pulso determinada. Reconocer el símbolo de un Schmitt y explicar qué significa. INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales mínimos tienen dos estados el 'uno' y el 'cero', cuando un circuito en su salida tiene sus estados estables, ese circuito se conoce como biestable, pero en cambio, si uno de esos estados es estable y el otro es inestable el circuito se conoce como monoestable. Estos circuitos monoestables son la base de los temporizadores, los cuales son clave y básicos en el diseño de circuitos secuenciales. MONOESTABLES Los monoestables son dispositivos multivibradores que sólo tienen un único estado estable. Normalmente, un monoestable se encuentra en su estado estable, cambiando a su estado inestable sólo cuando se dispara. Una vez que se ha disparado, el monoestable permanece en su estado inestable durante un determinado intervalo de tiempo, volviendo a continuación a su estado estable. El tiempo que este dispositivo permanece en el estado inestable determina la anchura del impulso de su salida. MONOESTABLES MONOESTABLES Circuito monoestable sencillo MONOESTABLES Símbolos lógicos básicos de los monoestables. CX y RX indican los componentes externos MONOESTABLES NO REDISPARABLES Un monoestable no redisparable no responderá a ningún impulso de disparo adicional, desde el momento en que se pasa a su estado inestable hasta que retorna a su estado estable. En otras palabras, ignorará cualquier impulso de disparo que ocurra antes de que termine el periodo inestable. El tiempo que permanece el monoestable en su estado inestable es la anchura del impulso de salida. MONOESTABLES NO REDISPARABLES CIRCUITO INTEGRADO 74121 Circuito monoestable integrado no redisparable. Está previsto para conectarse a R y C externos. Las entradas etiquetadas como A 1 , A 2 y B son entradas de activación de disparo. La entrada R INT está conectada a una resistencia interna de temporización de 2KΩ CIRCUITO INTEGRADO 74121 CIRCUITO INTEGRADO 74121 ESTABLECIMIENTO DE LA ANCHURA DEL IMPULSO Cuando no se utiliza ningún componente de temporización externo y la resistencia de temporización interna se conecta a Vcc, se produce un impulso típico de unos 30 ns. La anchura del impulso se puede ajustar entre 30 ns y 28 seg. utilizando los componentes externos. La anchura del impulso de salida se ajusta mediante los valores de la resistencia (R INT =2KΩ, R EXT variable) y del condensador de acuerdo con la siguiente fórmula: EXT w C R t . . 7 , 0 = Donde R puede ser tanto R INT como R EXT Cuando R se expresa en KΩ y C EXT en pF, la anchura del impulso de salida t w se obtiene en ns. MANERAS DE AJUSTAR LA ANCHURA DEL IMPULSO EN UN 74121 Ningún componente externo R INT A Vcc t W = 30 ns C EXT y R INT a Vcc t W = 0,7(2KΩ)C EXT MANERAS DE AJUSTAR LA ANCHURA DEL IMPULSO EN UN 74121 R EXT y C EXT t W = 0,7 R EXT C EXT DISPARADOR DE SCHMITT Este tipo de entrada utiliza un circuito umbral específico que produce histéresis, una característica que previene la conmutación errática entre estados cuando la tensión de disparo que varía muy lentamente se encuentra en las cercanías de un nivel de entrada crítico. Esto permite que se produzcan disparos fiables incluso cuando la entrada esté variando tan lentamente como a 1 voltio/segundo. DISPARADOR DE SCHMITT DISPARADOR DE SCHMITT MONOESTABLES REDISPARABLES Un monoestable redisparable puede ser disparado antes de que retorne a su estado estable. El resultado del redisparo es una ampliación de la anchura del impulso. MONOESTABLES REDISPARABLES Funcionamiento de un monoestable redisparable CIRCUITO INTEGRADO 74LS122 Es un circuito monoestable redisparable con entrada de borrado (clear). También está diseñado para añadir R y C externas. Las entradas etiquetadas como A1, A2 B1 y B2 son entradas de activación de disparo. Sin ningún componente adicional se obtiene un impulso de unos 45 ns de anchura. Se pueden conseguir impulsos más anchos mediante el uso de componentes externos. La fórmula general para calcular los valores de estos componentes es: | . | \ | + = R C R t EXT W 7 , 0 1 . . 32 , 0 CIRCUITO INTEGRADO 74122 CIRCUITO INTEGRADO 74122 CIRCUITO INTEGRADO 74122 TEMPORIZADOR 555 Es un dispositivo versátil y muy utilizado, porque puede ser configurado de dos modos distintos, bien como multivibrador monoestable o como multivibrador aestable (oscilador). TEMPORIZADOR 555 T = 1,1 . R1 . C1 (seg) En este caso el circuito entrega a su salida un sólo pulso de un ancho establecido por el diseñador (tiempo de duración). La Fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel alto) es: TEMPORIZADOR 555 COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE Configuración y señal de salida Se observa que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el PIN # 2 del circuito integrado para iniciar la señal de salida. TEMPORIZADOR 555 COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE TEMPORIZADOR 555 COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE EJERCICIO No. 1 Una determinada aplicación requiere un monoestable con una anchura de impulso de aproximadamente 100 ms. Utilizando un 74121: Hallar los valores de sus componentes. Dibujar las conexiones. SOLUCIÓN ) ( . . 7 , 0 nseg C R t EXT EXT W = Arbitrariamente se selecciona R EXT = 39KΩ y se calcula la capacitancia necesaria. F R t C EXT W EXT µ 66 . 3 . 7 , 0 = = SOLUCIÓN EJERCICIO No. 2 ¿Cuál es la anchura del impulso de salida para un circuito monoestable 555 con R 1 =2.2KΩ y C 1 =0.01 uF? SOLUCIÓN 1 1 . . 1 , 1 C R t W = u K t W 01 , 0 * 2 , 2 * 1 , 1 = us t W 2 . 24 = EVALUACIÓN 1. Determinar la anchura del impulso de un monoestable 74121, si la resistencia externa es de 33 KΩ y el condensador externo vale 2.000 pF. 2. Se quiere generar un impulso de salida de 5 μs de duración con un monoestable 74LS122. Utilizando un condensador de 10.000 pF, determinar el valor de la resistencia externa requerida. 3. Para C 1 =0,01 uF, determinar el valor de R 1 para una anchura de un impulso de 1 ms CONCEPTOS CLAVES Aestable:Que no tiene ningún estado estable. Un multivibrador aestable oscila entre dos estados semi-estables. Asíncrono: Que no tiene ninguna relación temporal fija. Anchura del impulso: Intervalo de tiempo entre los puntos del 50% del valor de los flancos anterior y posterior de un impulso. La duración de un pulso. Biestable: Que tiene dos estados estables. Los flip-flops y los latches son multivibradores biestables. Borrado (Clear): Entrada asíncrona utilizada para resetear un flip- flop. Cuando se pone un registro o contador en el estado en que contiene solamente ceros. Circuito Integrado (CI): Un tipo de circuito en el que todos sus componentes se encuentran integrados en un único chip semiconductor de muy pequeño tamaño. CONCEPTOS CLAVES Circuito Secuencial: Circuito digital cuyos estados lógicos dependen de una determinada secuencia temporal. Entrada: La señal o línea que entra en un circuito. Señal que controla el funcionamiento de un circuito. Histéresis: Una característica de los circuitos con umbral de disparo, como el Trigger Schmitt, donde el disparo se activa y desactiva para diferentes niveles de entrada. Inversor: Circuito NOT. Circuito que cambia un nivel ALTO en un nivel BAJO y viceversa. Monoestable: Que tiene un solo estado estable. Un multivibrador monoestable, o sencillamente un monoestable, produce un único impulso en respuesta a una entrada de disparo. Temporizador: Circuito que puede ser utilzado como monoestable o como oscilador. Bibliografía FLOYD, Thomas L. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DIGITALES. 7 a EDICIÓN. Prentice Hall. 2000 MORRIS MANO M. DISEÑO DIGITAL. Prentice Hall. 1982 TOCCI RONALD J. SISTEMAS DIGITALES, Principios y aplicaciones. Quinta edición. Prentice Hall. 1993 HAYES JOHN P. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO LÓGICO DIGITAL. Addison - Wesley Iberoamericana. 1996 BROWN Stephen, VRANESIC Zvonko. FUNDAMENTALS OF DIGITAL LOGIC WITH VHDL DESIGN. McGraw Hill. 2000.