Universidad Central de Venezuela
Facultad de Ciencias
Escuela de Física
Asignatura: Electrónica.
Richert J. M. Bompart R
C.I: 24.462.443
Proyecto Final del curso: Cerradura electrónica.
Resumen: El principio de operación de esta cerradura
digital consiste en comparar un patrón de información
de 4 bits el cual llamaremos “contraseña” con todas las
combinaciones posibles de 4 bit; siendo especifico 16
combinaciones posibles, que serán almacenadas en una
unidad de memoria que llamaremos “registro”.
Usando como teclado o medio para emitir la
información que será almacenada, unos switches. Para
almacenar la información se usaron flip-flops TTL tipo
“D” (SN74LS74N) disparados por flanco positivo y unos
LED´s para visualizar los estados Q del flip-flop, para
asegurarnos de ver que esta almacenando.
Para poder programar la cerradura, se necesita colocar
la “contraseña” en los switches antes de encender el
sistema y la “contraseña” será almacenada en el 1er
registro mientras que el 2do empieza por defecto con
todas las salidas en “1”. Para realizar cambios en los
registros se usa una señal de reloj la cual se coloca a
conveniencia con un botón que varía de VCC a
GROUND.
Al coincidir la información del registro 2 con la del
registro 1 el sistema responde mandando un “1” lógico
que se interpreta como que la cerradura esta,
vulgarmente hablando “Abierta”. El cual encenderá un
LED verde para anunciar el desarme de la cerradura y
con un negador a esa misma salida a la que responde el
sistema para poder colocar un LED rojo el cual indica
que el sistema está “cerrado”.
Figura 1: 1ra parte del circuito de la cerradura digital.
Los “cuadrados” de arriba en la “Figura 1” son los flip-
flop para el 1er registro y los del medio de la imagen
son los flip-flop del 2do registro (Ciertos términos
llamados de manera “popular” como por ejemplo, los
“cuadrados”; son para que se entienda claramente que
eso es un flip-flop tipo”D”, por ahora se habla sin hacer
mucho énfasis en la implementación del circuito.
Al estar la señal de salida de los comparadores de los
registros en 1, esta señal va en el “K” de un flip-flop tipo
JK, que está conectado para funcionar como un flip-flop
tipo “T” donde a partir de allí sus salidas Q van
conectadas al “CLEAR” de cada flip-flop del 1er o 2do
registro para así poder decidir si queremos borrar la
información en el registro 1 o 2.
Marco teórico:
Figura 2: Esquema lógico de la Cerradura.
Switches
Registro 1
Registro 2
Comparador con estado “0000”
1 Reset
Comparador de estados iguales
Reset
0 Registro 1 ya no puede cambiar
0
1 Cerradura
abierta
Circuitos integrados usados
Flip-flop tipo “D” (7474)
Flip-flop JK disparado por flanco positivo (7476)
NOT (7404)
AND (7408)
NAND (7400)
La tecnología TTL: Es una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTLRS los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.
Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los 5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.
Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,2V y Vcc para el estado H (alto).
La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS:
HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 400 MHz.
Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).
Figu
ra 3
: 1ra
par
te d
el c
ircu
ito
de
la c
erra
du
ra.
Implementación: Como fuente se usó una fuente DC a
5V, los switch fueron conectados al “aire” y a “tierra”,
ya que “una pata al aire” TTL lo interpreta como un “1”
lógico (porque son alrededor de 2V o menos), si se
hubieran conectados los switch de “aire” a “VCC” cada
vez que se cambiara la posición del switch, las
compuertas y los flip-flop no podrían detectar ese
cambio.
Para realizar los comparadores (hay que aclarar que
estos comparadores solo detectaran si 2 entradas son
iguales o distintas, iguales = 1, diferentes = 0) se
implementaron 4 compuertas EQUAL (N-XOR ó XNOR)
con compuertas NOT, AND y NAND.
En la “figura 4” se observa cómo se implementó los
comparadores los cuales están hechos por 4
compuertas EQUAL interconectadas en sus salidas con
compuertas AND para poder convertir los 4 bit en
paralelo en 1 bit.
Figura 4: 2da parte del circuito de la cerradura.
Figura 5: Implementación de 1 compuerta EQUAL.
A
A
B
B
La señal de reloj se implementó con un botón el cual
podía dar salidas lógicas de GROUND cuando no se
presiona el botón y 5V cuando se presiona el botón, la
señal de reloj se va conectada directamente a las
entradas de reloj del 2 Registro que aparece en la
“figura 3” y esta va a una compuerta OR, que la salida
de la misma es la que controla la señal de reloj del
primer registro junto con la salida negada del
comparador del “registro 1 y el estado 0000” que
aparece en la parte superior de la “figura 4”.
Las entradas CLEAR de ambos registros están
conectadas en las salidas Q de los flip-flops tipo “T” el
cual fueron implementados con flip-flops JK con todas
las entradas conectadas a VCC menos la señal de reloj a
la cual está conectado un switch para variar esta señal y
la entrada “K” la cual va conectada a la salida del 2do
comparador (que compara las salidas Q del primer y
segundo registro) el cual aparece en la parte inferior de
la “figura 4”. Al conectar el flip flop tipo “T” de esta
manera cuando la cerradura este “Cerrada” siempre
mandara en su salida Q un “1” y al estar la cerradura
“Abierta” este flip-flop estará tanto J como K en alto y
por lo tanto entrará en estado de basculación en el flip-
flop obteniendo en Q a Qo negado ó para decirlo más
fácil el estado anterior (esto se puede comprobar en el
marco teórico donde aparece la tabla de excitación este
flip-flop, destacando que Qo es el estado anterior del
flip-flop) Por lo que al variar la señal de reloj en este
flip-flop se cambiaría de su estado inicial “1” a “0” y así
poniendo en alto la señal del RESET o CLEAR(ya que
tiene esta entrada negada) como se le quiera llamar y
de esta manera borrando el registro que se haya
decidido borrar, Observando en la parte inferior de la
“figura 3” se pueden observar los flip-flop los cuales el
de la izquierda va al primer registro y el de la derecha al
segundo registro (también se ve que tienen un
indicador para ver en qué estado se encuentra la salida
Q de este flip-flop ya que no solo con poner “0” en la
entrada de los CLEAR bastará, ya que efectivamente los
registros serán borrados, pero no tendrán la capacidad
de memorizar otra nueva combinación, ya que
constantemente el flip-flop tipo “D” estará forzado a
dar una señal “0” así que necesitamos poner la salida
“Q” del flip-flop tipo “T” otra vez en “1” para que
pueda memorizar nuevamente.
Al estar el circuito cerrado iluminaba un LED rojo para
indicar que estaba bloqueada la cerradura el cual usaba
la señal “0” de la salida del segundo comparador
negada y cuando estaba “desbloqueada” encendía un
LED verde usando la señal “1” de la salida del segundo
flip-flop.
Conclusión: El circuito se comportó en su mayoría como
se esperaba, la única complicación fue que al momento
de realizar el circuito y probarlo los flip-flop tipo “T”
bascularon en ciertas ocasiones de manera errónea,
¿cómo así?, pues cada flip-flop tiene un switch para
bascular un registro en específico, pues el problema es
este, al bascular el registro 1 se borraba el registro 2 y
no el registro 1… y pocas veces en viceversa. ¿Su causa?
No tuve la oportunidad de probar con otro flip-flop JK,
así que supongo que este flip-flop estaba un poco
defectuoso ya que todo este circuito se simuló en
“MULTISIM 12” y simulaba a la perfección.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la
electricidad y la energía atómica… La voluntad”
Albert Einstein.
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