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Reporte de Analisis de Sistemas Digitales.
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UNIVERSIDAD DE MONTEMORELOS
FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Análisis de circuitos Digitales
Alumno:
Francisco David Corella Jiménez
Reporte de Diseño y Elaboración de un PCB constituido por un regulador de
tensión, generador de pulsos y funciones lógicas.
Montemorelos, Nuevo León. 18/05/2013
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Tabla de contenido
Panorama general ........................................................................3
Circuito Transformador de voltaje. .............................................3
Regulador de Voltaje ...................................................................4
Circuito Generador de pulsos. ....................................................5
Circuito De Funciones Lógicas ....................................................7
GAL22V10 .......................................................................................8
Proceso d0e elaboración del Circuito .................................... 11
Pruebas y depuración ............................................................... 16
Conclusión ................................................................................... 17
Referencias .................................................................................. 18
3
Panorama general En esta placa se realizo un circuito que consta de 3 partes principales o podríamos
llamarles sub-circuitos que son; un transformador de voltaje de 9 volts a 5 volts, un
generador de pulsos y la tercera parte consta de funciones lógicas. A continuación se
describirá cada parte de cada uno de los circuitos.
Circuito Transformador de voltaje. El transformador de voltaje está formado por una entrada de 9 volts que luego pasara por
el diodo 1n004 de silicio que permite que la corriente fluya en un solo sentido, los diodos
son semiconductores que consta de 2 terminales el ánodo, y un cátodo, también son
llamados rectificadores porque por debajo de cierta diferencia de potencial se comporta
como circuito abierto y por encima como un circuito cerrado con resistencia muy
pequeña. El diodo que utilizaremos consumirá 1 volt por lo cual nos quedaran 8 restantes
para el circuito.
Se utilizo también capacitores electrolíticos, su función principal en este circuito es
almacenar la carga, Los capacitores electrolíticos están formados por dos placas metálicas
(conductoras de la electricidad) enfrentadas y separadas entre sí por una mínima
distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad
(aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas.
Imagen 1. Diodo 1n004
Imagen 2. Capacitor Electrolítico de 1000 uF
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Regulador de Voltaje
Lo último para la primera parte del circuito consta de un regulador de voltaje de 5 volts,
los regulador de voltaje son dispositivos electrónicos diseñados para mantener un nivel
de voltaje constante.
Este elemento proporcionara constantemente una salida de 5 volts, un regulador de
voltaje eleva o disminuye la corriente para que el voltaje sea estable, es decir, para que el
flujo de voltaje llegue a un aparato sin irregularidades. , normalmente por la potencia que
disipan se calientan y es común encontrarlos junto a disipadores de calor.
Todos los componentes anteriores son lo que forman la primera parte del circuito que es
el transformador de 9 volts a 5 volts, al final se obtendrá la salida de 5 volts para alimentar
las demás partes de nuestro circuito, se dejo una salida para que posteriormente si
necesitamos en circuito que nos entregue 5 volts podamos utilizar este. Se hicieron las
conexiones correspondientes en Isis (proteus) y terminamos la parte que alimenta nuestro
circuito.
Imagen 3. Símbolo del regulador de voltaje.
Imagen 4. Regulador de voltaje de 5 Volts
Imagen 5. Circuito transformador de 9 a 5 Volts
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Circuito Generador de pulsos. La siguiente parte de nuestro circuito consta de un generador de pulsos, el elemento principal de
este circuito es circuito integrado 555, estas son las Terminales del circuito integrado 555.
GND (normalmente la 1): Referencia de voltaje, es el polo negativo de la
alimentación, generalmente tierra.
Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del
tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de
disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de
alimentación. Este pulso debe ser de corta duración.
Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación
del temporizador Esta salida es conducido a aproximadamente 1.7V abajo + V CC o
GND.
Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la
patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que
conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".
Control de voltaje (normalmente la 5): Proporciona acceso "control" para el divisor
de tensión interna (por defecto, 2/3 V CC).
THR: El momento (OUT alta) intervalo termina cuando la tensión en THR es mayor
que en el CTRL (2/3 V CCCTRL si está abierta).
DIS: Abra colector de salida que puede descargar un condensador entre
intervalos. En la fase con la salida
Vcc: Tensión de alimentación positiva, que es por lo general entre 3 y 15 V en
función de la variación.
Imagen 6. Pines del circuito integrado 555
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Al circuito integrado 555 se le conecto un potenciómetro de 100k ohm y un capacitor
electrolítico de 100nF y un capacitor cerámico de 22nF. A la salida del pulsador se coloco
en led para que prendiera dependiendo de los pulsos que enviara el circuito integrado
555.
El encendido de led está en función del timer 555 y de la resistencia que pueda presentar
el potenciómetro, entre mejor resistencia el led encenderá a una baja frecuencia, pero
entre mas se aumente la resistencia del potenciómetro la frecuencia del encendido de led
aumentara, cuando coloquemos el potenciómetro a tope en 10 k ohm el led tendrá una
alta frecuencia y veremos como si nunca se apagara.
Esta parte del generador de pulsos del circuito también se diseño y simulo en Isis
(Proteus), se conectaron todos los componentes debidamente, hay que tener precaución
de la ubicación de los componentes ya que los capacitores y el led tiene polaridad,
también la resistencia que va junto al led tiene que ir entre un rango de 270 a 420 ohms.
Imagen 7. Conexiones del Circuito generador de pulsos.
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Circuito De Funciones Lógicas La ultima parte de nuestro circuito es la de funciones lógicas, esta compuestas por Led´s
(Diodos emisores de Luz) utilizamos les de diferentes colores, son de diferente color por
los distintos materiales con los que están fabricados y por tal motivo su longitud de onda
cambia y como consecuencia de ello vemos distintos colores, el voltaje que necesitan los
leds para encender varia con respecto a su color, si no se respetan esos voltajes es posible
que nuestro led se queme.
El circuito también está compuesto por Resistencias que limitan el paso de la corriente
para que no se quemen los leds y por un Dip switch , Un Dip switch se trata de un
conjunto de interruptores eléctricos que se presenta en un formato encapsulado. . Los
interruptores Dip switch son siempre interruptores de tipo palanca, en los cuales los
centrales tienen dos posiciones posibles "ON" o "OFF" (en vez de por intervalos) y
generalmente se puede ver los números 1 y 0.
Imagen 9. Switch deslizable (Dip Switch) de 4 posiciones
Imagen 8. Led´s de distintos colores
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GAL22V10
Por último y no por eso el menos importante el GAL22V10, el Gal (Generic Array Logic) Es
un Dispositivo de lógica programable (PLD) , es un circuito cuya lógica final es configurada
por el usuario pueden ser modificadas y almacenadas mediante programación. Estos
circuitos están formados por matrices de compuertas and programables y un arreglo de
compuertas or que generalmente es fijo. Los GAL están dentro de la clasificación de SPLDs
(Simplex Programmable Logic Device). Los circuitos integrados SPLDs están constituidos
por un arreglo de compuertas AND, seguido por otro arreglo de compuertas OR, uno o
ambos arreglos programables, algunos incluyen Flip Flops. De los diferentes tipos de
SPLDs se destacan los GAL por su bajo costo y por su gran utilidad en diferentes circuitos.
Imagen 10. Diagrama lógico del GAL22V10
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Un GAL en su forma básica es un PLD con una matriz AND reprogramable, una matriz OR
fija y una lógica de salida programable mediante una macrocelda. El circuito a la salida de
la matriz se denomina macrocelda. Tienen integración baja/media. El Terminal puede
funcionar como entrada o salida según la programación.
Mediante la programación del circuito integrado se activa o desactiva cada celda EECMOS
y se puede aplicar cualquier combinación de variables de entrada, a una compuerta AND
para generar cualquier operación producto que se desee. Una celda activada conecta su
correspondiente intersección de fila y columna, y una celda desactivada desconecta la
intersección. Las celdas se pueden borrar y reprogramar eléctricamente.
Imagen 12. Configuración de Pines del GAL22V10
Imagen 11. Diagrama funcional del GAL22V10
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Las GALs están identificadas por un estándar que permite conocer sus
características rápidamente. Por ejemplo esta es la descripción de la GAL que
utilizamos en el circuito.
Una vez que ya se sabe algo basico de cada uno de los componentes de la ultima parte
del circuito se prosigue a hacer el circuito en Isis, luego tambien se puede hacer la
simulación pero se tiene que cargar el programa que llevara el GAL para que la simulación
se pueda dar, si no se carga el programa la simulacion madara muchos errores, lo que se
puede hacer por el momento es escluir el GAL22V10 de la simulación. A continuación se
muestra la parte de funciones lógicas del circuito.
Imagen 13. Referencia del GAL22V10
Imagen 14. Circuito de Funciones Lógicas
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Luego que se contruyo el circuito en isis y se revisao la simulacion se comprobo que todo
esta en exelentes condicones se prosiguio a guardarlo ya abrir el circuito con ares, en ares
se hicieron algunas medificaciones relacionadsa con el tamaño de conectrores le algunos
componentes y tambien se configuracion del conector para la fuente de nuestro circuito,
se colocaron los componentes y se diseñaron las pistas definitivas para poder imprimir
nuestro circuito en un PCB.
Proceso de elaboración del Circuito Al terminar el diseño del circuito en ares, que fue tardado por la cantidad de componentes se
imprimió en el papel cuché, después de imprimirlo en el papel se coloco encima de una placa
fenólica de 5 cm. x 10 cm. para poder plancharlo se le colocaron unos pequeños pedazos de cinta
para que la hoja no se moviera al momento de planchar y estuviera fija a la placa. Se Estuvo
planchando 4 minutos la placa antes de retirarle la hoja.
Imagen 16. Proceso de Planchado para la impresión del Circuito
Imagen 15. Diseño del Circuito en Ares
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Después del proceso de planchado el tóner de la hoja se pasó a la placa, se despega
cuidadosamente con abundante agua y frotando suavemente con la yema del dedo pulgar o con
un cepillo durante varios minutos, se trató de remover todo el papel que se pudiera y quedo de la
siguiente manera.
Posteriormente se limpio la placa con un liqudo especial para remover el tóner de la placa y
quedaran las pistas del circuito. Cuando se termino este proceso la placa quedo de la siguiente
manera.
Imagen 17. Proceso retiro de papel del PCB
Imagen 18. Pistas del PCB
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Lo siguiente que se realizo fue realizar las perforaciones correspondientes para cada
componente en la placa, se utilizaron brocas de 1/32 y de 3/64 para las perforaciones, se
utilizaron brocas de diferentes medidas ya que los pines del potenciómetro, del regulador
de voltaje, el conector y el diodo son más grandes que los otros componentes. Se debe
tener mucho cuidado sobre que superficie se va a taladrar y el taladro se debe de
mantener perpendicular a la placa para que no se quiebre y se tengan problemas.
Después de haber terminados las perforaciones en la placa se prosiguió con la colocación
de los componentes, primero se empezó por los componentes más pequeños, resistencias
y led´s a los componentes más grandes que son el potenciómetro, capacitor electrolítico y
el regulador de voltaje hasta el final.
Imagen 19. Proceso de Perforación del PCB
Imagen 20. Componentes y su colocación en el PCB
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A medida se fueron colocando los componentes se fue soldando como ya se menciono
anteriormente del componente más pequeño al más grande para que no estorbara y se
moviera mucho la placa al momento de soldar. Se tuvo cuidado con los componentes
cuando se le cortaba las patitas con la pinza ya que salieron volando a cualquier dirección
y puede ser muy peligroso.
Se comprobó si la soldadura era correcta y que el estaño no se pasara a otra pista del
circuito y se e hiciera un puente que ocasionaría un corto indeseable, también se tuvo
cuidado de soldar con el estaño necesario, ni muy poco estaño y mucho, otra cosa que se
debe de tomar en cuenta es que también se puede quemar la placa, la mesa, alguna parte
del cuerpo, etc. Con el cautín así que se debe de dejar en un lugar adecuado.
Imagen 21. Soldadura en el PCB
Imagen 22. Comprobación de una correcta soldadura
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Se tomo en cuenta en la soldadura que se hizo la polaridad de los componentes, para
saber esto se reviso el circuito que previamente se había diseñado en ares, si se hubiese
soldado algo mal se tiene que desoldar y colocar de la manera correcta ya que si se deja
así esto puede provocar un gran daño en nuestro circuito haciendo que se queme ese
componente o los demás.
Después de soldar se comprobó con un multímetro la continuidad de ciertas partes
del circuito, para no quede duda que fue una buena soldadura y no se realizo algún
puente inesperado con el estaño, se revisaron todos los leds y todos estaban bien
soldados y no presentaban algún corto circuito alguno. A continuación se muestra el
PCB casi terminado, solo faltaba programar el GAL y colocarlo en su lugar
correspondiente.
Imagen 23. Proceso de Soldadura
Imagen 24. PCB con todos los componentes soldados.
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Para terminar nuestro circuito se le cargo al circuito integrado GAL22v10 un programa
para que los leds encendieran en una secuencia específica, este GAL se puede
reprogramar en un futuro si queremos que los leds enciendan con alguna otra forma. Al
circuito se le dejo una salida de 5volts por si en algún momento se requiere y también se
le dejo una salida del timer 555 por si en algún futo se requiere un pulsador solo lo
conectemos a este y listo
Pruebas y depuración
Cuando se termino de soldar y antes de la colocación del GAL se probo lo que ya se
llevaba del circuito, se pudo observar el comportamiento del timer al ver el led encender y
apagar a cierta frecuencia y esa frecuencia cambiaba dependiendo de la posición del
potenciómetro, también se probaron las entradas al GAL que son los leds de color verde
estos leds prende con la acción de cambiar la posición de los switches del dip switch.
Imagen 25. 1ra Prueba del PCB
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Luego que se coloco el GAL22V10 se volvió a probar el circuito con todas sus funciones, en
la entrada metimos 9 volts que se convirtieron en 5 volts con lo cual se alimento el timer
555, el GAL y todos los leds encendieron. Los leds que eran controlados por la salidas del
GAL prendía en la secuencia programada previamente, cada componente y cada parte del
circuito funciono correctamente por lo cual se realizó un buen trabajo.
Conclusión Creo que esta práctica me sirvió de gran ayuda en ampliar mi conocimiento de los
componentes electrónicos y cómo funcionan cada uno de ellos, como por ejemplo el
principio de funcionamiento del GAL son las compuertas lógicas AND y OR. Este circuito
tiene una gran variedad de funcionalidad ya que nos puede servir como fuente de voltaje
de 5 volts o como un timer para algún otro circuito que diseñemos más adelante como u
reloj digital, etc.
Pienso que otra de las razones de su gran funcionabilidad es que podemos programar el
circuito integrado y en un futuro cercano nos puede servir para programar y los leds
prendan de la manera que uno desee todo eso claro está programando.
Las aplicaciones de este circuito las podemos encontrar a menudo como cuando vemos en
la calle y vemos letreros de leds con secuencias específicas en las series de leds o en los
tableros de las industrias cuyos contienen leds.
Imagen 26. Prueba del PCB
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Referencias
1. Ariel Palazzesi (2006) Reguladores de Voltaje Recuperado el 16 de mayo 2013, de http://www.neoteo.com/reguladores-de-voltaje
2. Wikipedia (14 marzo 2013). “Circuito Integrado”. Recuperado el 16 de Mayo 2013, de http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555
3. Wikipedia (25 de febrero del 2009). “Lógica Programada”. Recuperado el 16 de
Mayo 2013, de http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica_programada
4. ING. Daniel Casique (2008) “GAL y VHDL” Recuperado el 16 de mayo 2013 de http://electronicaintegradaunexpo.blogspot.mx/2008/02/gal-y-vhdl.html