Simulador De Construcción De Circuitos Digitales Con Escenarios Virtuales Y Tutoriales Interactivos

Simulador de Construcción de Circuitos Digitales

con Escenarios Virtuales y Tutoriales Interactivos

Documentación Preliminar (Versión 0.9.4, Febrero 18, 2007)

Ing. Arturo Javier Miguel de Priego Paz Soldán

amiguel@pucp.edu.pe (51 1) 9707 7479

Chincha, Perú

Índice

Página

Descripción General 2

Ventajas del Programa 2

Limitaciones 2

Problemas detectados 2

El Módulo Digital 3

Edición de Circuitos 3

Menús del Programa 4

Modelos de Circuitos Integrados Estándares 5

Modelos de Circuitos Integrados de Aplicación Específica 8

Ejemplos de Circuitos, Escenarios y Tutoriales 9

Descripción General

El Simulador de Construcción de Circuitos Digitales con Escenarios Virtuales y Tutoriales Interactivos es un programa para construir circuitos digitales sobre un módulo digital virtual a partir de modelos lógicos de circuitos integrados estándares (familia TTL LS) y de aplicación específica (ASIC). Los circuitos pueden ser simulados en el módulo digital directamente y en algunos casos pueden ser validados con Escenarios Virtuales que representan al ambiente donde los circuitos operarán. Además, los circuitos hechos pueden ser almacenados, recuperados y editados. El programa también provee Tutoriales Interactivos de algunos circuitos lógicos típicos, y muchos de ellos incluyen descripciones VHDL. Este software ha sido diseñado para ser empleado como una herramienta de enseñanza y aprendizaje del diseño digital y actualmente está orientado a cursos básicos o de introducción a los circuitos digitales, tanto en el nivel escolar como universitario. El programa se ejecuta en MS Windows con una resolución de pantalla de al menos 1024 x 768. Este programa es gratuito, de copia y uso libre, y se encuentra en constante mejora.

Ventajas del Programa

o Cuenta con un gran número de modelos de circuitos integrados de la familia TTL LS.

o Los circuitos construidos pueden ser almacenados y recuperados. Ello permite una verificación y una reutilización de los ejemplos tanto en la enseñanza como en el aprendizaje del diseño digital.

o Los tutoriales al lado del módulo digital permiten validar rápidamente el conocimiento adquirido.

o Los escenarios brindan una mejor perspectiva y facilitan una mejor primera especificación del diseño lógico.

o Los ASICs simplifican los diseños y ahorran espacio en la tarjeta de alambrado (protoboard), y pueden ser usados como ejemplos de funcionamientos de los circuitos deseados. Esta característica puede servir, por ejemplo, para enseñar la partición del diseño digital. Nuevos modelos de ASICs pueden ser hechos a partir de descripciones VHDL o programas C++, mas por ahora sólo en el nivel de programación.

Limitaciones

o Los modelos de circuitos están basados sobre circuitos TTL con encapsulados DIP, y no pueden crearse nuevos modelos dinámicamente. En una versión posterior se agregarán compiladores sencillos de VHDL y C++ para crear modelos a la medida de las necesidades pedagógicas o de diseño.

o No se consideran efectos eléctricos (retardos en la propagación de las señales, abanicos de entrada y salida, ruido, etc.)

o Todos los modelos son lógicos, los chips modelados no cuentan con pines o puertos de tres estados ni bidireccionales.

o El número de escenarios y tutoriales es pequeño, poco a poco se agregarán más de ellos.

Problemas detectados

• Cuando se inserta el chip y luego se mueve a otra ubicación es posible que más adelante el programa no permita conectar cables en algunas casillas cuando debería permitirlo. Para seguir trabajando en el mismo circuito guarda el archivo del circuito, luego elige Archivo::Nuevo y después abre el archivo del circuito original.

• Cuando se construyen latches SR a partir de puertas básicas (NAND, NOR) el programa puede llegar a realizar muchas iteraciones para ciertas entradas y estados de los latches. Si esto ocurre aparecerá un mensaje y para continuar debes cerrar el programa y volver a iniciar.

• A veces el escenario del semáforo se queda estático con las luces en rojo. Para que no ocurra esto, enciende el módulo antes de que algún auto pase sobre el sensor.

El Módulo Digital

El módulo digital contiene:

 Un protoboard.

 18 leds: 8 rojos, 4 amarillos y un arreglo de seis leds de un semáforo.

 3 visualizadores de siete segmentos.

 2 temporizadores: un reloj de 1Hz y otro de 10Hz (aproximadamente).

 12 interruptores: cuatro verdes y 8 rojos.

 4 pulsadores azules.

 Alimentación VCC y GND.

 Un expansor de 18 pines para interfaz con los escenarios.

 Un interruptor principal, con su propio led indicador de módulo encendido.

Fig. 1. Módulo Digital

Edición de Circuitos

Los chips se eligen del menú Circuitos. Al seleccionar un chip aparece fuera del protoboard. El chip se arrastra con el ratón a la posición deseada. Los chips solamente pueden insertarse entre las filas E y F del protoboard. Para insertar y retirar un chip es necesario que las casillas y sus canales estén libres de cables. Los chips pueden retirarse haciendo click derecho sobre ellos.

Para construir o modificar el circuito el módulo debe estar apagado. Para construir un circuito primero se insertan los chips y luego se hacen las conexiones dibujando las líneas con el ratón.

Los cables se dibujan a mano alzada con el ratón. Para dibujar una línea de cable primero se presiona sobre una casilla libre, luego se arrastra el ratón y se libera sobre otra casilla libre.

Para retirar un cable se pulsa con el botón derecho del ratón sobre una casilla que contiene un extremo del cable.

Menús del Programa

Existen seis menús: Archivo, Cable, Circuitos, Escenarios, Tutoriales y Ayuda.

El menú Archivo brinda opciones para abrir, recuperar y crear nuevos archivos de circuitos. Utiliza los diálogos comunes de Windows para abrir un archivo y para guardar con un nuevo nombre. Las opciones del menú son Nuevo, Abrir, Guardar, Guardar Como... y Salir. Los archivos se almacenan en formato de texto ASCII.

El menú Cable permite cambiar el color y la anchura de las líneas. El color se elige con un diálogo común de Windows.

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