Universidad Nacional Abierta y a DistanciaVicerrectoría Académica y de Investigación Guía para el desarrollo del componente práctico 1. Descripción general del curso Escuela o Unidad Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Académica Nivel de formación Profesional Campo de Formación Formación interdisciplinar básica común Nombre del curso Física Electrónica Código del curso 100414 Tipo de curso Metodológico Habilitable Si No X Número de créditos 3 2. Descripción de la actividad Laboratorio X Laboratorio remoto Simulador físico Tipo de Experiencias Trabajos de Software práctica profesionales campo especializado dirigidas Otro Cuál Número de Tipo de actividad: Individual Colaborativa X 8 semanas Momento de la Intermedia, Inicial X Final evaluación: unidad: Peso evaluativo de la actividad Entorno donde se realiza: (si lo tiene): Fecha de inicio de la actividad: Fecha de cierre de la actividad: Definida de acuerdo a la Definida de acuerdo a la programación en programación en cada centro cada centro Temáticas que aborda componente práctico: Sistema Digital Un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que solo puedan tomar valores discretos. Estas señales discretas se encuentran en todos los sistemas digitales, como las computadoras y calculadoras, equipos de audio y video y numerosos dispositivos electrónicos. Fig. 1 Señal Digital Compuertas Lógicas: Las compuertas lógicas son circuitos integrados, construidos con diodos, transistores y resistencias, que conectados de cierta manera hacen que la salida del circuito sea el resultado de una operación lógica básica ( como la AND, OR, NOT, etc. ) sobre la entrada. Fig. 2 Diagrama compuerta 7400 Por medio de las compuertas lógicas se pueden implementar sistemas digitales que tengan aplicaciones sencillas pero importantes para el funcionamiento de los diversos equipos electrónicos. Este es el caso de los Circuitos Lógicos Combinacionales, es decir, aquellos circuitos construidos a partir de la “combinación” de compuertas lógicas. Entre los más interesantes se encuentran: los circuitos aritméticos, los comparadores, los codificadores y decodificadores, los multiplexores y los demultiplexores. CONTADORES DIGITALES Podemos definir un contador digital, como aquel sistema electrónico capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe la entrada destinada para tal efecto, indicando dicho conteo en un código binario previamente elegido. Generalmente se tiene la opción de visualizar el conteo mediante dispositivos como displays de siete segmentos. Los contadores pueden ser asíncronos ó síncronos. Los primeros tienen un retardo de respuesta, contrario con lo que sucede en los contadores síncronos. Dependiendo del tipo de aplicación para la cual se emplea el contador se elige uno u otro. Por ejemplo, si se necesita que el conteo se esté comparando en cada instante con un número preestablecido, el tiempo de retardo adquiere gran importancia, por lo tanto el contador síncrono es la opción más conveniente. Contador decimal Generalmente, nos interesa conocer el número de pulsos que el contador lleva en algún instante en concreto o durante todo momento. Esta información resulta complicada de obtener directamente de un contador binario, ya que lo más común es el manejo de cifras decimales. Para obtener un contador que proporcione esta información decimal, se dispone de un elemento base, que se denomina década. Una década es la unidad encargada de obtener un conteo de 0 a 9 unidades y es capaz de activar otra década, que contará las decenas, y así sucesivamente. Es evidente que cada década debe reinicializar al iniciar la siguiente. La salida puede ser llevada a un decodificador BCD-7segmentos para visualizar los dígitos de las cifras decimales. La siguiente figura muestra la conexión y los modos de selección de la década integrada o circuito integrado 74LS90. Fig. 3 Configuración de contador 74LS90 en modo decimal ENTRADAS SALIDAS MR MR MS MS Q0 Q1 Q2 Q3 1H 2H 1L 2X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H L X L X CONTADOR X L X L CONTADOR L X X L CONTADOR X L L X CONTADOR Tabla 1 Modos de selección del contador 74LS90 En la tabla de modos de selección se observa que para tres combinaciones en las variables de entrada, las salidas permanecen en unos niveles fijos predeterminados, independientemente de la entrada de impulsos a través CKA; sin embargo hay cuatro combinaciones para las cuales el chip se comporta como contador llevando la secuencia BCD como lo muestra siguiente tabla. SALIDAS Contado Q 0 Q1 Q2 Q3 r 0 L L L L 1 H L L L 2 L H L L 3 H H L L 4 L L H L 5 H L H L 6 L H H L 7 H H H L 8 L L L H 9 H L L H Tabla 2 Salidas para cada valor decimal del contador 74LS90 A cada impulso de la entrada, las salidas van cambiando según una secuencia que, una vez llegue a su última combinación, volverá a repetirse sucesivamente mientras vayan llegando impulsos a la entrada CKA. Este caso concreto se llama una década, dado que el número de estados posibles en sus salidas es un múltiplo de 10. Si se conectan varias décadas en cascada, de tal manera que la salida de mayor peso actúe sobre la entrada de la década siguiente, aumentará la capacidad del circuito y se podrá contar hasta 100, es decir de 0 a 99. A continuación se presenta un ejemplo de un contador ascendente asíncrono. En la imagen se evidencia que V2 es la señal de control que permite incrementar el contador a medida que se generan los diferentes pulsos. Fig. 4 Ejemplo de contador asíncrono Actividades a desarrollar Recursos necesarios para el desarrollo de la práctica Materiales que debe llevar el estudiante Elemento Cantidad DipSwitch 1 Resistencia 10KΩ 2 Resistencia 220Ω 1 Resistencia 100Ω 1 LED 1 74LS04 1 74LS08 1 74LS32 1 555 1 Condensador cerámico 10nF 1 Condensador electrolítico 47µF 1 Condensador electrolítico 220µF 1 Potenciometro 10KΩ 1 Pulsador NA 1 74LS90 1 74LS47 1 Display ánodo común 1 Llave óptica 1 Equipos / instrumentos de laboratorio requeridos Elemento Cantidad Multímetro 1 Fuente de alimentación DC 1 Generador de señales 1 1. Realice el montaje del siguiente circuito. a. Asigne una variable a cada una de las entradas y complete la tabla de verdad. A B Salida b. Realice el diagrama de tiempos asociado al circuito. c. Simplifique el circuito y muestre una forma alternativa de representarlo. ¿Qué papel están desempeñando las resistencias R1, R2 y R3? 2. Realice el montaje del siguiente circuito. a. Identifique el pinout del 555 a partir de su datasheet. b. Varíe alguno de los elementos que haga aumentar la frecuencia del reloj. c. Varíe algunos de los elementos que permita disminuir la frecuencia del reloj. ¿En qué tipo de aplicaciones puede ser empleado el circuito? 3. Realice el montaje del siguiente circuito. a. Describa el funcionamiento del circuito. b. Enuncie aplicaciones en las que pueda ser empleado el circuito. c. ¿Cuál es el papel del potenciómetro en el circuito? ¿Cuál es el papel del potenciómetro en el circuito? 4. Realice el montaje del siguiente circuito teniendo en cuenta que el conjunto del fotodiodo y el fototransistor representan una llave óptica y que el generador lógico que está en estado cero se ha dejado a modo de indicador de entrada de los pulsos, pero no debe ser reemplazado por un componente físico. a. Documente el funcionamiento de los circuitos integrados a partir del datasheet de los mismos. b. Implemente un sistema que permita alternar entre la entrada de pulsos al contador por medio de la llave óptica o el 555 en modo Astable. c. ¿En qué tipo de aplicación se podría emplear este circuito? d. ¿Qué función cumplen los pines 3, 4 y 5 del circuito 74LS47? e. Documente por medio de fotografías el funcionamiento del circuito. ¿Qué sucede si en lugar de resistencias de 220Ω, se emplean resistencias de 10kΩ del 74ls47 al display? Ejercicio de contextualización a cargo del tutor de laboratorio Teniendo en cuenta la disponibilidad de equipos Lucas Nülle en algunos de los centros. A continuación, se presentan ejercicios de contextualización que podrá dirigir el tutor encargado de la práctica. Para el desarrollo de este ejercicio de contextualización se mostrará el funcionamiento de un contador síncrono y asíncrono haciendo uso de un contador 74HC191, dispuesto en la tarjeta SO4201-8Q Contador de 4 bits que se muestra a continuación. Fig. 5 tarjeta SO4201-8Q Contador de 4 bits Conecte la tarjeta al experimentador y verifique el funcionamiento del contador asíncrono ascendente y descendente, generando los pulsos con S3, tenga en cuenta que S1 debe estar en posición habilitado como lo muestra la figura anterior. Ahora conecte la tarjeta al experimentador como lo muestra la siguiente figura, aquí se podrá verificar la carga de datos en el contador y la generación de pulsos que lo convertirán en un contador síncrono. Fig. 6 Contador en modo síncrono Luego abra el generador de funciones del software L@bsoft, el cual se encuentra en instrumentos, luego en fuentes de tensión y finalmente en generador de funciones. Seguidamente, el instrumento de entradas y salidas ampliadas, el cual se encuentra en instrumentos, luego en Digital y finalmente en Entradas y salidas ampliadas. Estos se verán de la siguiente forma: Fig. 7 Generador de funciones e instrumento de entradas y salidas ampliadas Configure los instrumentos tal cual se muestran en la figura anterior, manipule la frecuencia en el generador para verificar el cambio en las salidas y realice la carga de un dato en el contador manipulando los pulsadores Q0 a Q3 del instrumento de entradas y salidas ampliadas. Para el desarrollo de las prácticas de laboratorio se debe tener en cuenta que: -Es importante emplear bata durante el desarrollo de las prácticas en laboratorio. -La ubicación de equipos e instalaciones eléctricas se encuentren en buen estado. -Los niveles de voltaje aplicados a los equipos correspondan a los estandarizados para los mismos. -Los instrumentos sean empleados correctamente, de acuerdo a la tarea que se esté desarrollando con estos. -Antes de manipular cualquier circuito, debe estar desconectado de la red eléctrica. -Antes de poner en funcionamiento un circuito pida el concepto del tutor para evitar conexiones erróneas que puedan afectar el mismo. -No emplee equipos o herramienta sin documentarse acerca de su uso. -Verifique el estado de los equipos antes de su uso e informe cualquier anomalía que pueda encontrar. -Deje ordenados y des-energizados los equipos al finalizar la práctica. Entorno para su In-situ desarrollo: Productos a Informe de laboratorio en el que se presentan los resultados de la entregar por el práctica y el análisis conforme a las actividades. estudiante: Tipo de No se entrega ningún Individual X Colaborativo producto: producto Individual: Informe en formato IEEE en el que responda los cuestionamientos establecidos para la práctica y evidencie la realización de la misma. <<En el entorno de aprendizaje práctico, en la carpeta de Guía para el uso de recursos educativos puede encontrar el formato IEEE en formato Word>> Tenga en cuenta que es muy importante incluir análisis de resultados y conclusiones, ya que es a través de estos que se evidencia lo aprendido en el desarrollo de la práctica. Registre todas las referencias de las fuentes bibliográficas, que le darán soporte teórico, conceptual y metodológico a su informe. (No se debe presentar en formato PDF, ya que no permite la información de retorno por parte del docente) Colaborativo El informe podrá se entregado de forma colaborativa, sólo si de acuerdo a las condiciones de desarrollo de la práctica, el tutor encargado determina que podrá ser presentado de esta forma. 3. Lineamientos generales del trabajo colaborativo para el desarrollo del componente práctico Planeación de Como actividades previas al desarrollo de la práctica, se deben actividades conseguir los componentes definidos para ser llevados por el para el estudiante y revisar los referentes teóricos necesarios relacionados desarrollo con los ejercicios propuestos. del trabajo colaborativo Para el desarrollo del ejercicio práctico in-situ, cada estudiante debe desempeñar un rol activo. En caso de que el laboratorio se desarrolle en grupo, se sugiere un máximo de 4 integrantes, teniendo en cuenta que cada uno contará con tareas claramente definidas, transformando el ejercicio práctico individual en una actividad de aprendizaje colaborativo. Líder de la práctica Roles a Es el responsable del grupo y encargado de: desarrollar -Leer las indicaciones al grupo. por el -Garantizar que el grupo trabaje en la práctica. estudiante -Encargado de manifestar las dudas al tutor. dentro del -Apoyar el desarrollo de los procedimientos de grupo laboratorio. colaborativo -Compartir los resultados obtenidos de acuerdo a los lineamientos dados por el tutor. Asistente de equipos y materiales Es el responsable de dirigir la consecución de los materiales y solicitar el equipo de laboratorio; además, encargado de: -Recolectar el material necesario. -Organizar el material y/o equipo en el espacio de trabajo. -Facilitar el uso del material durante el desarrollo de la práctica. -Apoyar el desarrollo de los procedimientos de laboratorio. -Devolver los equipos al final de la práctica al área encargada. Analista de información Es el responsable de registrar los datos obtenidos en el desarrollo de la práctica y encargado de: -Registrar los datos en tablas y/o gráficas. -Completar las conclusiones y resultados observados por el grupo. -Apoyar el desarrollo de los procedimientos de laboratorio. -Garantizar la limpieza del sitio de trabajo. Líder de seguridad Es el encargado de hacer cumplir las normas de seguridad y dirigir el laboratorio; además, encargado de: -Asistir al líder de la práctica para garantizar que el grupo trabaje en el desarrollo del laboratorio. -Dirigir los procedimientos de laboratorio. -Reportar cualquier incidente al tutor encargado. -Llevar control del tiempo. -Apoyar al asistente de equipos y materiales cuando sea necesario. Roles y El informe podrá ser entregado de forma individual o grupal, de responsabilid acuerdo a las condiciones dadas por el tutor encargado del ades para la componente práctico. producción En caso de que la entrega sea grupal, en el informe se debe de evidenciar el trabajo desarrollado por cada uno de los integrantes entregables del mismo, de acuerdo a los roles definidos para el desarrollo del por los laboratorio. estudiantes Uso de Por el carácter técnico del informe, las referencias bibliográficas referencias deberán ser incluidas respondiente a la norma IEEE. En el acuerdo 029 del 13 de diciembre de 2013, artículo 99, se considera como faltas que atentan contra el orden académico, entre otras, las siguientes: literal e) “El plagiar, es decir, presentar como de su propia autoría la totalidad o parte de una obra, trabajo, documento o invención realizado por otra persona. Implica también el uso de citas o referencias faltas, o proponer citad donde no haya coincidencia entre ella y la referencia” y liberal f) “El reproducir, o copiar con fines de lucro, materiales educativos o resultados de productos de investigación, que cuentan con derechos intelectuales reservados para la Universidad. Políticas de plagio Las sanciones académicas a las que se enfrentará el estudiante son las siguientes: a) En los casos de fraude académico demostrado en el trabajo académico o evaluación respectiva, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0) sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente. b) En los casos relacionados con plagio demostrado en el trabajo académico cualquiera sea su naturaleza, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0), sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente 4. Formato de Rubrica de evaluación Formato rúbrica de evaluación Tipo de Actividad Actividad X actividad: individual colaborativa Momento de la Intermedia, Inicial X Final evaluación unidad Aspectos Niveles de desempeño de la actividad individual Puntaje evaluados Valoración alta Valoración media Valoración baja El estudiante La participación del Aunque el Participac participa estudiante en la estudiante puede ión en el 10 activamente en la práctica no es haber asistido a la desarrollo práctica, es activa, se limita a práctica, su de la propositivo y registrar valores, participación no es práctica concluye a partir de pero no activa y se los resultados contextualiza los evidencia una baja obtenidos. resultados comprensión de los obtenidos. procedimientos y resultados obtenidos. (Hasta 10 (Hasta 5 puntos) (Hasta 0 puntos) puntos) No se desarrollan Cada procedimiento todos los responde a lo Aunque el procedimientos solicitado en la guía estudiante asiste al solicitados y/o Desarrollo y se desarrolló de laboratorio, no se estos no responden de acuerdo a las desarrollan los a las normas de 10 procedimi normas y procedimientos seguridad para entos condiciones de solicitados. trabajo en seguridad. laboratorio. (Hasta 10 (Hasta 5 puntos) (Hasta 0 puntos) puntos) El estudiante responde de forma reflexiva y crítica El estudiante los Respuesta responde los El estudiante no da cuestionamientos a los cuestionamientos respuesta a los planteados, cuestiona sin presentar un cuestionamientos apoyándose en los 10 mientos análisis completo planteados. resultados planteado de los mismos. obtenidos en el s desarrollo de la práctica. (Hasta 10 (Hasta 5 puntos) (Hasta 0 puntos) puntos) Aspectos Niveles de desempeño de la actividad colaborativa Puntaje evaluados Valoración alta Valoración media Valoración baja El informe es El informe cumple El informe no Estructura presentado parcialmente con la responde a la del conforme a la norma IEEE y/o no norma IEEE y su 4 informe norma IEEE, se evidencia orden contenido está haciendo claridad en el mismo. descontextualizado en cada uno de los con respecto a la aspectos práctica. solicitados. (Hasta 4 puntos) (Hasta 2 puntos) (Hasta 0 puntos) Aunque el informe El documento Se evidencian puede evidenciar Redacció presenta una errores de análisis, las ideas ny excelente redacción redacción y/o no son claras y/o 3 ortografía y ortografía. ortografía. presentan errores ortográficos. (Hasta 3 puntos) (Hasta 1 puntos) (Hasta 0 puntos) Se emplean referentes bibliográficos de Se emplean naturaleza referentes No se referencia la Uso de académica, son bibliográficos que información referentes citados y no corresponden a incluida en el 3 bibliográfi referenciados fuentes académicas informe. cos adecuadamente; y/o técnicas. respondiendo a la norma IEEE. (Hasta 3 puntos) (Hasta 1 puntos) (Hasta 0 puntos) Calificación final 40