detector de monedas - Universidad Santiago de Cali

GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO
DETECTOR DE MONEDAS
AUTOR: ALBERTO CUERVO
SANTIAGO DE CALI
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE DDEETTEECCTTOORR DDEE M
MOONNEEDDAASS
DETECTOR DE MONEDAS
Introducción
La presente práctica de laboratorio tiene como objetivo diseñar el circuito del detector
de monedas de la máquina de dulces descrita en “PROCEDIMIENTO DE DISEÑO,
Circuitos Secuenciales”. El circuito obtenido puede ser fácilmente montado en el
módulo DIGI BOARD2 disponible en el laboratorio de la universidad Santiago de Cali.
Se utiliza el método de 1 flip-flop/estado para implementar el circuito secuencial del
detector de monedas.
Planteamiento del problema.
En la figura 1 se muestra el diagrama en bloques funcionales de la máquina de dulces,
en el cual se ha supuesto que al depositar una moneda en la ranura, la misma al caer
cierra un switch asociado con la misma, esto es Sw = 1.
Detector de la moneda
de $100
X
Sw
Sw
Unidad
de
Control
señal de control
que entrega el dulce
D
C
señal de control
que entrega el cambio
Y
Detector de la moneda
de $200
Figura 1. Diagrama en bloques
De lo expuesto anteriormente, cada detector de monedas tendrá entonces una señal de
entrada Sw, la cual toma el estado 1 cuando una moneda pasa por la ranura, y una señal
de salida X o Y dependiendo del detector.
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE DDEETTEECCTTOORR DDEE M
MOONNEEDDAASS
Observe que la señal Sw es una señal asincrónica, pués el evento de depositar una
moneda no depende para nada de los pulsos de reloj de la unidad de control, puede
ocurrir en cualquier momento del tiempo. También la moneda puede demorar cualquier
tiempo en pasar por la ranura. Esto hace que la señal Sw ocurre en cualquier momento
del tiempo y tiene una duración cualquiera.
Si analizamos el detector de monedas de $100 por ejemplo, y si aplicáramos
directamente la señal Sw a la unidad de control, esto es, si X=Sw, podríamos tener la
siguiente situación representada en la figura 2.
estado a
ninguna moneda
depositada
estado a
estado b
ninguna moneda
$100
depositada
depositados
estado c
$200
depositados
estado d
$300
depositados
estado d
$300
depositados
reloj
Sw = x
duración arbitraria
Figura 2. Señales en el tiempo del reloj y Sw
En esta figura se ha supuesto que la unidad de control se encuentra en el estado a
porque no se ha depositado todavía ninguna moneda. En el flanco negativo del primer
pulso de reloj, como Sw=0, la unidad de control sigue en el estado a, pero en el segundo
pulso de reloj como se ha depositado una moneda de $100, pasa al estado b que indica
el acumulado de la cantidad de dinero depositada.
Pero en el flanco negativo del tercer pulso, como Sw puede durar cualquier cantidad de
tiempo, la unidad de control sigue viendo la señal Sw=x=1 y pasaría al estado c
indicando que se han depositado $200, y así sucesivamente. Es decir, que con sólo
depositar una moneda, la unidad de control puede caer en un estado indicando que se
han depositado varias de estas.
Por tanto, diseñe un detector de monedas en el cual la señal de salida se haga 1 cuando
Sw=1, pero que dure solamente un período de los pulsos de reloj independiente de la
duración de la señal Sw. Simule el switch, esto es, la señal Sw con el pulsador
disponible en el módulo DIGI BOARD2 del laboratorio. Lo anterior se ilustra en la figura
3.
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MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE DDEETTEECCTTOORR DDEE M
MOONNEEDDAASS
La unidad de control es sensible a los flancos
negativos del reloj
estado a
estado a
estado a
estado b
estado b
estado b
reloj
Sw
X
sensible a los flancos positivos del reloj
pulsador
Sw
Detector
de
monedas
X
Figura 3. Reloj, señal Sw y señal x del
detector de monedas
Como se observa en la figura 3, la señal de salida X que se inyecta a la unidad de control
del detector de monedas debe ir a 1 en el primer flanco positivo que ocurra en el reloj
estando Sw en el estado 1. La señal X debe regresar a 0 en el siguiente flanco positivo
independientemente cuanto dure la señal Sw.
Como el detector de monedas y la unidad de control son sensibles a flancos diferentes, y
como los flip-flops disponibles son sensibles a los flancos negativos, entonces el
diagrama en bloques de la máquina de dulces quedará de la siguiente forma como se
muestra en la figura 4.
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MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
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MOONNEEDDAASS
pulsador
Sw
X
D
Detector
de $100
Sw
Y
Unidad
de
Control
C
Detector
de $200
reloj
Figura 4. Diagrama en bloques de la máquina de dulces
Diagrama de Estados.
El primer paso en la solución del problema consiste en elaborar un diagrama de estados
para el detector de monedas que cumpla con los requisitos planteados, cuyo circuito
será implementado por el método de 1 flip-flop/estado. Este diagrama de estados se
muestra en la figura 5.
En este diagrama hay tres estados denominados: Inicio, Pulso y Espera respectivamente.
Solamente en el estado Pulso, la señal X toma el valor lógico 1.
El circuito se queda en el estado de Inicio hasta que ocurra un pulso de reloj estando la
señal Sw en 1 en que pasa al estado Pulso. Al siguiente pulso de reloj el circuito pasa
incondicionalmente al estado de Espera, quedándose en este último hasta que la señal
Sw se haga 0 en que regresa al estado de Inicio y se repite el proceso al depositar otra
moneda. De lo anterior entonces X = Pulso. Observe que el estado de Pulso dura
solamente un período de los pulsos de reloj independiente de la duración de Sw.
Inicio
Sw=1
Pulso
Espera
X=1
Sw=0
Sw=o
Sw=1
Figura 5. Diagrama de Estados
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MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
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MOONNEEDDAASS
De la explicación anterior, el circuito del detector de monedas estará compuesto por
tres flip-flops denominados Inicio, Pulso y Espera respectivamente cuyas funciones de
excitación pueden ser obtenidas fácilmente del diagrama de estados sabiendo que la J=1
ocasiona una transición de 0 a 1 en un flip-flop JK y la K=1 ocasiona una transición de 1 a
0. Estas funciones de excitación son las siguientes:
Jinicio = Sw´. Espera
Jpulso = Sw. Inicio
Jespera = Pulso
Kinicio = Sw
Kpulso = Pulso
Kespera = Sw´
Con las funciones de excitación anteriores se puede implementar el circuito que se
muestra en la figura 6.
En este circuito aplique pulsos de reloj de frecuencia lenta de 1 Hz para poder visualizar
la operación del mismo. Lleve la señal Sw y X a Leds y presione el pulsador durante un
tiempo arbitrario. Compruebe que la señal X solamente se hace 1 (se ilumina el LED
correspondiente) durante un período de los pulsos de reloj.
J
K
Inicio
J
K
Pulso
J
Espera
K
reloj
Sw
LEDs
Sw´
X
Sw
Figura 6. Circuito del detector de moneda
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