Sistema verificador de componentes electrónicos

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(1)Nº de proyecto: ISE 2005-104. El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Presentado por:. Paulina Cuéllar Castelazo Alfredo Gutiérrez Galbert Edgar Alejandro Borroel Gómez. Sisten1a Verificador de Componentes Electrónicos. Presentado el día 23 de no\ iembre del 2005 a las 10:45 hrs. Asesor: M. en C Fla,io Pontecono Cassereau. Profesor ITESJI-CC 'JI. Sinodales: :VI. en C. Marco Antonio Paz Ramos Dr . .José Ramón Álvarez Bada. Profesor 17'/:S.\f-( '( '.\! Profesor IT!:S,\f-C ·e'.\/. Profesor: Dr. Francisco .Javier Cuevas Ordaz Trabajo ef'cctuado en el departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica del lnstitutu Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad de México..

(2) Integrantes: Alfredo Gutiérrez Galbert Paulina Cuéllar Castelazo Edgar Alejandro Borroel Gómez. TECNOLÓGICO DE MONTERREY® --Jc...Jc;=-. ¿e__. «. . , -_ _ _ _ _ _ _. ,1.- _ _. C...... &...1111.,....,,,&...II lc=:I I L. e=;-~. 1 ~ . ~ ...1....----.,,...!....,..._* ___ ,......_~. le=-&.-«-. I. IL..I.I IIL....&...,1.---,. Asesor: M. en C. Flavio Pontecorvo Cassereau Sinodales: Dr. José Ramón Álvarez Bada, M. en C. Marco Antonio Paz Ramos Profesor: Dr. Francisco Javier Cuevas Ordaz. Objetivos Desarrollar el circuito probador de componentes. Desarrollar el software utilizando LabVIEW para la interfaz gráfica y el procesamiento de datos. Desarrollar el sistema que defina el comportamiento, características y parámetros de los componentes electrónicos ... Sistema Físico. Justificación. 8. "'. Código LabVIEW. Descripción Este sistema consiste en un dispositivo que compruebe el correcto funcionamiento de diferentes componentes electrónicos. Consta de 2 partes fundamentales: Hardware.· Una base para los componentes que se quieran verificar y conexión a la Tarjeta de Adquisición USB-6008. Software.· Forman la lógica y procesamiento para verificar la correcta funcionalidad de los componentes. Para implementar esta parte utilizamos el software de desarrollo LabVIEW.. Recepcion. Configu,ocion. Pr oC ~$ami@nto. Al realizar prácticas en el laboratorio varias veces nos encontramos con el problema de que algún componente no funciona. Por esta razón buscamos una manera más práctica y eficiente de lograr saber si antes de utilizar algún chip o componente en una práctica o proyecto éste funciona correctamente. Por esto se busca dar una solución práctica al problema antes mencionado mediante un dispositivo y software fáciles de utilizar.. Interfaz de usuario. Resultados Los resultados que obtuvimos fueron satisfactorios, debido a que las pruebas que se hicieron con diferentes circuitos integrados nos permitieron comprobar que la verificación de componentes se realizara de manera correcta. La base de datos incluye los componentes combinacionales más empleados en el laboratorio. Además de esto, el software fue realizado de manera modular para que se pueda expandir en un futuro, es decir, agregar más tipos de circuitos como secuenciales, transistores, etc..

(3) Índice. ,. Indice Introducción General ...... ................... .. ........ ........... .. ......... ...................... .................... 1. Capítulo 1 LabVIEW 1.1 Introducción .............................................................................................................3 I.2 Lenguaje G...................................................................................................................3 I.3 Principales Usos ..........................................................................................................4 I.4 Principales Características ............................................................. .. .... .. .................... .4 I.5 Conclusiones .............................................................................................................5. Capítulo II USB-6008. II. l Introducción ..............................................................................................................6 Il.2 Características Principales .......... .. ........ .................................................................... 6 Il.2.1 Software Il.2.2 Hardware II.3 Aplicaciones ............................................................. .................................................. 8 II.4 Conclusiones .............................................................................................................9. Capítulo III Algoritmo y Pruebas. III.l Introducción ........... .. ......... .... .................................................................................. 10 III.2 Algoritmo ............................................................................................................ 10 III.3 Pruebas ............... .. ...... .... ....... .. ..... .. ....... .. ............................................................... 13 III.4 Conclusiones ......................................................................................... .. .. .............. 15. Capítulo IV Requerimientos y Ventajas. IV. l Introducción ......................................................................................... ................... 16 IV.2 Requerimientos del Sistema ......................... .. ................................................... 16 IV.3 Comparación ........................................................................................................... 17 IV .4 Conclusiones ..... .... ........ .. ........ .. .............................................................................. 19.

(4) Índice. Conclusiones generales y perspectivas ........................................................................ 20 Referencias .......... .... ......... .. ........ .. ............... .. ..................................................... ........... 22 Anexos ...........................................................................................................................23.

(5) Introducción general. Introducción general El Sistema Verificador de Componentes Electrónicos nació por una necesidad del laboratorio del departamento de electrónica, ya que al realizar prácticas dentro de éste, sucedía que algún componente no funcionaba y nos dábamos cuenta hasta que todo el circuito estaba armado. Entonces se empieza a probar el circuito parte por parte hasta lograr encontrar qué componente es el que está fallando. A veces no es posible y se tiene que rearmar el circuito. Para lograr solucionar este problema lo mejor sería utilizar solamente componentes nuevos, pero además de que esto es impráctico y caro, ni utilizando componentes nuevos se está 100% seguro de que los chips funcionarán adecuadamente. Es por esta razón que buscamos una manera más práctica y eficiente de lograr saber si antes de utilizar algún circuito integrado o componente en una práctica o proyecto éste funciona correctamente, la cual es nuestro sistema que consiste en un probador de circuitos integrados de diferente naturaleza, como circuitos combinacionales, secuenciales y analógicos, además de transistores y diodos. Este proyecto propone una solución principalmente para los circuitos combinacionales debido a que al ser un proyecto que se realizará desde cero, se necesita empezar con los circuitos cuyo funcionamiento sea más sencillo, como lo son los combinacionales, debido a que presentan únicamente entradas y salidas las cuales su funcionamiento se puede representar mediante tablas de verdad, y no presentan característica de memoria. Los objetivos de este proyecto son 2 principalmente. Por una parte desarrollar el circuito probador de componentes y por otro lado implementar el software, utilizando LabVIEW, para la interfaz gráfica, el procesamiento de datos y el sistema que defina el comportamiento, características y parámetros de los componentes. Un dispositivo de este tipo, capaz de verificar las características de distintos componentes electrónicos, y saber si todavía es funcional, puede ser de gran ayuda durante el desarrollo de proyectos electrónicos. Esta será una herramienta de uso muy sencillo, que ayudará a reducir considerablemente la pérdida de tiempo en identificar algún error en un circuito cuando el problema es que uno de los componentes ya no funciona. Esta herramienta será de gran utilidad, y puede llegar a convertirse en un dispositivo básico para el desarrollo de cualquier circuito electrónico. La lógica-transistor-transistor se utiliza en circuitos digitales para la fabricación de circuitos integrados a partir de resistores y transistores de unión bipolar (BJT). Tienen una escala de integración baja a media, pudiendo contener cientos de transistores. Los circuitos TIL se popularizaron para el diseño de sistemas electrónicos en la década de 1960. Su amplia aceptación se debe a su facilidad de uso, bajo costo, velocidad de operación media-alta, y buena capacidad de salida. Dentro de la familia, hay distintas series que tienen características particulares, que las distinguen entre sí. Estas son: 74 estándar, 74L de baja potencia, 74H de alta velocidad, 74S estándar Schottky, 74LS serie Schottky de baja potencia, y 74ALS serie Schottky avanzada de baja potencia..

(6) Introducción general. La representación física de la lógica de estados binarios se hace mediante voltajes alto y bajo. Donde los voltajes bajo (L) están en el rango de O V a 0.8 V, que se considera un O lógico, y los voltajes alto (H) están en el rango de 2.0 V a 5.5 V, considerados 1 lógico. Este documento esta dividido en 4 capítulos principales, que a continuación se describirá cada uno de ellos. El Capítulo I presenta de manera general el software que se utilizó para el desarrollo del proyecto, en este caso LabVIEW. Se presenta el tipo de lenguaje que utiliza, sus características principales, sus funciones y aplicaciones más comunes. El Capítulo II presenta información sobre la tarjeta de adquisición que utilizamos para enviar y recibir datos al circuito integrado. También se presentan sus características principales, el software, la distribución de pines, aplicaciones y sus especificaciones técnicas. El Capítulo 111 presenta el algoritmo que se utilizó en el programa, así como la descripción detallada de cada una de las etapas. También se presentan resultados de nuestras pruebas. El Capítulo IV presenta los requerimientos tanto de software como de hardware del sistema, así como una comparación contra otros dispositivos con funciones de verificación de componentes. También se establecen las ventajas de nuestro sistema respecto a los sistemas comerciales encontrados. Finalmente, las conclusiones generales y las perspectivas que tenemos de nuestro proyecto.. 2.

(7) Capítulo I LabVIEW. Capítulo I LabVIEW 1.1 Introducción LabVIEW es una herramienta de programación gráfica para el diseño e implantación de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. Utiliza el lenguaje de programación G. Este programa fue creado por National Instruments, NI, para la plataforma Mac en el año 1986. Actualmente está disponible para las plataformas Windows, UNIX, Mac y Linux y la versión más moderna es la 7.1. Los programas de LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales (VI por sus siglas en inglés). Cada VI tiene dos componentes, un panel frontal y un diagrama de bloques. El panel frontal es la interfaz con el usuario, en donde se definen los controles e indicadores que se muestran en pantalla. El diagrama de bloques es el programa propiamente dicho, donde se define su funcionalidad, aquí se colocan iconos que realizan una determinada función y se interconectan.. 1.2 Lenguaje G "G" es un lenguaje de programación de flujo de datos. Este lenguaje es diferente a los tradicionales debido a que su ejecución comienza cuando todos los datos de entrada llegan a estar disponibles para un nodo. Este lenguaje es capaz de realizar ejecuciones paralelas. La ventaja principal de este lenguaje es que es gráfico, por ejemplo, los nodos son iconos gráficos, no es necesario tener conocimiento de algún lenguaje de comandos para el desarrollo de proyectos utilizando LabVIEW, debido a que los programas se construyen simplemente arrastrando los íconos al diagrama de bloques. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un programa diseñado en LabVIEW el cual consiste en sumar 2 números los cuales el usuario los elige y a dicha suma se le resta con una valor constante de 50 y el resultado se despliega en la interfaz. Input A. Add 12)(,. [~>. Subtract. (~~>. Result [> 1.23. Input E; Const.:,rit. Figura l.Ejemp/o de un programa en LabVIEW. 3.

(8) Capítulo I LabVIEW. 1.3 Principales Usos Los principales usos que tiene este software de programación son:. * Adquisición de datos * Control de instrumentos * Automatización industrial o PAC (Controlador de Automatización Programable) * Diseño de Control Es usado principalmente por ingenieros y científicos debido a su funcionalidad y las tareas que puede cubrir.. I.4 Principales Características Su principal característica es la facilidad de uso, ya que el usuario no requiere conocimientos muy profundos en programación con lenguajes de texto como C o Java para realizar programas complejos. Otra ventaja es la velocidad con que se pueden realizar programas bastante complejos que tardarían mucho más tiempo en ser desarrollados en algún lenguaje de programación tradicional. Otra gran ventaja de este software es la complejidad de los programas que se pueden desarrollar con éste, contando algunos con hasta miles de VI's y estos VI's constan de una interfaz gráfica interactiva de usuario y un diagrama de flujo de datos que hace las funciones de código fuente. Presenta facilidades para:. * Manejo de interfaces de comunicaciones: o Puerto serie o Puerto paralelo o GPIB o PXI o VXI o TCP/IP, UDP, DataSocket o IrDA o Bluetooth o USB * Interacción con otras aplicaciones: o Mediante librerías dinámicas de Windows (dll) o Mediante controles ActiveX o Matlab y Simulink * Procesamiento digital de señales mediante herramientas incluidas. * Gráficas de datos dinámicos. * Adquisición y procesamiento de imágenes. * Programación de FPGA's. * Sincronización.

(9) Capítulo I LabVIEW. I.5 Conclusiones Presentamos en este capítulo las características principales de LabVIEW, así como sus usos y su funcionamiento. Esta información es muy importante debido a que todo el desarrollo de nuestro programa se realizó en LabVIEW.. 5.

(10) Capítulo II USB-6008. Capítulo II USB-6008 11.1 Introducción Esta tarjeta de adquisición USB-6008 fue desarrollada por NI, la cual provee una gran capacidad para adquirir datos a un costo relativamente bajo y de manera sencilla. Permite conectividad USB plug- and -play. Permite ser programada en LabVIEW o ambientes de desarrollo basados en C.. 11.2 Características Principales Este dispositivo, al ser una tarjeta de adquisición de datos, presenta características de software y hardware que a continuación se explicarán más a detalle.. 11.2.1 Software Esta tarjeta cuenta con el software DAQmx Base el cual fue creado por NI. Es un software de interacción de alto desempeño multiplataformas, con el cual el usuario puede desarrollar aplicaciones específicas de adquisición de datos utilizando ambientes gráficos de programación como LabVIEW o ambientes desarrollados en lenguaje C.. 11.2.2 Hardware La tarjeta USB-6008 cuenta con las siguientes características: • • •. • •. Entradas Analógicas.- Tiene 8 entradas, permite muestreo máximo de lOkS/s (10000 muestras por segundo). Convertidor AD de 12 bits. Salidas Analógicas: 2 salidas. Rango de voltaje es de O a SV. Rango de salida es de 159Hz.Convertidor DA 12 bits. Entradas y Salidas Digitales: Son 12 líneas las cuales pueden ser entradas o salidas. Estas líneas se organizan en puertos. Señal en bajo es de -0.3v a +0.8v. Señal en alto es de 2.0v a +5.8v. Contador: Este contador es de 32 bits. Fuente de voltaje: Tiene 2 salidas de voltaje una de Sv y otra de 2.Sv..

(11) Capítulo II USB-6008. En la Figura 11 .1 se muestra la tarjeta de adquisición USB-6008 .. ....... -. Figura JI. l . USB-6008. A continuación se muestran a detalle los pines del puerto de entradas y salidas analógicas (ver Figura 11.2.). \ i u i ll k. Signa!, Singll' · Ende<l \ lod r. Terminal. ·· ··- ··- -- - - -- - ······-···-·· ·--- --. - ··--. \ i~nal, l>ifll·re ntial \lode. ·-· -·--- ·---- -= -·-.:...:..:..:.:..·-.:.::.:.........._ - --··------•. .\ ¡ , l. \ 1( ! '. \ 1 .¡. \ ( 1!. l , .\ , IJ. .¡. ( 1\1.l 1· ·. 1. '. .\ 1 :. (l. \ [ .. .\ 1 1 ,. -- -. ¡. i. \ 12. -··- -···-!.·-·. .·\ ,. '). \l. ,... .\ i .:. ( ,'.Il. Ji). 11. .\ 1 ;. \ ¡ ;_-. i. \]. \1'. _, :::,·.. Figura JJ.2. Puerto Analógico. 7.

(12) Capítulo II USB-6008. En la Figura 11.3 se muestran a detalle los pines del puerto digital.. ¡. \lodule. 1. ~·. !. r-. 8-. f-- 2.,-. '. -,.... ,-. 1~en ,-. c:::, N. .,.... N ,N. JN. C'I). N. ""'. N. U'). N e.e, N. '. :_ 1__ .. 1. 1_)º_·-'_. ____. PIJ.~.---. .'2. PO ..:'i 6____ __J______J'. r--··-----·-+--------~~,----..·-·-----·r--~i. "-+. ~. PO 7. ; 1. ~.:'i. Cg. L. ~ ~ ~ ~. 1. r· -. !¡C,. 1. IIN. ·, C'I). =~~r-. P0.-2. f----_ _ +-~I Cg l [g ~~ =- =1~--=·-P-O ~ Cg. 11~ Cg. !1~. \. PtJ. I. L~-. Signal. J7. 1. 1. i. Terminal. --~-=-:c4=:::-·.-- --===d. ~ ~. !~ [g. 1. _,-;------+-----~-~,. 2b. ·. ~ ---~u ---- ~. PI. 1. I. f--------· ---- •- ---'----~--- __.,.______ --------~. l---:~ --. f. L ___ · ·--·---. --T. ·. l---·------!. :i1:,. +-1- - - - -. +2 ..:'i. . ____ ...J. \'. !. -,11. t-S V. ' 1. ~----- · ' !. --·---- .. {-----·. ---. 1. ~ 1. L_____ . --··. · - - - --·------(i ;\ 1). -·-·-. ' -----------------·-------.. Figura JlJ. Puerto Digital. 11.3 Aplicaciones Esta tarjeta es ideal para aplicaciones tales como: • • • •. Registro de datos - registrar datos rápido y fácil Académico - Su bajo costo permite que los alumnos sean propietarios de su propia tarjeta para sus cursos Aplicaciones Embebidas Adquisición de datos. 8.

(13) Capítulo II USB-6008. II.4 Conclusiones Presentamos en este capítulo las características principales de la tarjeta de adquisición USB-6008. Se presenta también el software que utiliza así como las características del hardware, configuración de puertos, alimentación, así como sus aplicaciones principales. Esta tarjeta es la que recibe todos los datos del componente a ser analizado y así poder determinar si dicho circuito integrado funciona correctamente.. 9.

(14) Capítulo III Algoritmo y Pruebas. Capítulo III Algoritmo y Pruebas III.1 Introducción Este capítulo trata principalmente de explicar el algoritmo y las funciones principales de cada etapa del programa. Como se mencionó anteriormente el proyecto está desarrollado en LabVIEW, el cual es un lenguaje gráfico, por lo que el código está basado en bloques, donde cada uno realiza funciones diferentes dentro del programa. También se explica la forma en que se realizaron las pruebas durante el desarrollo del proyecto.. III.2 Algoritmo El sistema está conformado por una etapa de hardware y una de software como ya lo mencionamos anteriormente. Este programa es el encargado del procesamiento de los datos y el análisis del funcionamiento de los circuitos integrados, por lo cual es una pieza fundamental del sistema y es por esta razón que consideramos que el algoritmo que desarrollamos para el programa es muy importante y es crítico que sea eficiente y funcione de manera correcta. A continuación se muestra el algoritmo que desarrollamos para nuestro sistema, así como las características que este algoritmo debe incluir para lograr cumplir con los objetivos establecidos para el sistema. La primera característica necesaria era diseñar un sistema modular que permitiera integrar todas las funciones requeridas y que sea fácilmente escalable, es decir que en un futuro se puedan agregar nuevas funciones y componentes, sin necesidad de realizar cambios radicales al programa. Debido a que es modular no es necesario que el programador entienda todo el programa a fondo para realizar los cambios o adiciones de componentes o funciones, solo se debe de enfocar al bloque donde se establecen las características del nuevo componente, es decir sus entradas, salidas, tablas de verdad, etc. Fue necesario implementar una interfaz lo más amigable posible para el usuario, con la cual no tuviera que preocuparse por lo que pasa dentro del programa, es decir, es una aplicación transparente para el usuario. El usuario no debe estudiar previamente algo para que pueda hacer uso de esta herramienta, debido a que la interfaz es muy sencilla e intuitiva. Básicamente el usuario tiene que seleccionar el circuito integrado que quiera probar, iniciar el proceso y recibirá la respuesta en la pantalla sobre el funcionamiento del circuito integrado, el usuario no tiene que introducir información sobre el componente que va a probar, solo lo selecciona y se realiza la prueba, lo cual consideramos que es muy importante, porque sería muy tedioso para el usuario tener que introducir al programa las características del componente a probar y consideramos que alejaría al usuario de nuestro sistema, ya que sería poco práctico y eficiente.. 10.

(15) Capítulo III Algoritmo y Pruebas. Para la realización del programa se pensó en un algoritmo dividido en 4 etapas que realizan todo el proceso de prueba de manera transparente para el usuario y modular para futuros programadores. Estas 4 etapas se muestran en la Figura III.1: • • • •. Recepción Configuración Procesamiento Resultados. Figura III.1. Algoritmo del programa. Estas 4 etapas son las que conforman a nuestro algoritmo y a continuación se describe cada etapa a detalle, se muestran las funciones y resultados de cada una de las etapas. Recepción. Esta etapa consiste principalmente en diseñar la interfaz del usuario así como la selección de la compuerta a ser analizada. La interfaz consiste en un menú de selección (1) el cual permite la selección del componente que se quiere probar. También se muestra la configuración de los puertos de la tarjeta de adquisición (2), es decir, se muestra el estado de entrada o salida de cada puerto. Esta configuración de pines de entrada/salida es solo un aspecto estético, debido a que esta configuración se realiza en el programa en la siguiente etapa de manera automática dependiendo del circuito seleccionado en esta etapa por el usuario y en la interfaz gráfica solo se muestra como quedó configurada la tarjeta de adquisición de datos, pero no se permite su modificación ya que esto podría causar problemas en las siguientes etapas. Una parte muy importante de la interfaz gráfica es el cuadro donde se despliega un mensaje con los resultados del análisis del componente elegido (3). Después de que el usuario selecciona el componente a probar mediante el menú mencionado anteriormente debe de oprimir el botón de "Run" (4) para ejecutar la prueba y posteriormente sólo queda esperar a que el programa termine de realizar el análisis, se detenga y muestre los resultados de la prueba en el cuadro correspondiente. Es muy importante mencionar que una vez iniciada la aplicación no se podrá hacer cambios en la selección del componente, sino hasta que termine de ejecutarse, repitiendo el mismo proceso ya mencionado. 11.

(16) Capítulo III Algoritmo y Pruebas. Internamente esta etapa realiza una función muy importante para el correcto funcionamiento del sistema, esta función es que cuando el usuario ha seleccionado un componente del menú, el programa almacena un número identificador de dicho componente, para usarlo como referencia en las siguientes etapas, es decir, este número de identificación nos permite seleccionar la configuración del componente a probar, sus tablas de verdad y todas aquellas características necesarias para realizar la prueba. A continuación se muestra en la Figura III.2 la interfaz del usuario.. 4. 1. .._7 NATIONAL. f" 1NSTRUMENTS 2. 3. Figura III.2. Interfaz de Usuario Configuración. La siguiente etapa es la de configuración y es importante mencionar que a partir de esta etapa todo el proceso es ejecutado automáticamente y sin intervención del usuario, es decir que el usuario sólo interviene en la selección de componente e inicio de la prueba. Es en esta etapa donde está implícita la importancia del número identificador mencionado anteriormente, ya que es aquí donde es utilizado para la selección de tablas que definen cuales serán pines de entrada o salida para el análisis. Este es un paso necesario ya que no todos los componentes tienen la misma configuración de pines, por ejemplo, existen componentes de dos entradas-una salida, de tres entradas-una salida, de una entradauna salida, entre otras, por lo tanto para que las pruebas sean satisfactorias y sobre todo libres de intervención por parte del usuario es necesario hacer distinción entre cada componente dependiendo de su configuración de pines de entrada/salida. Otro punto muy importante a realizar en esta etapa es la selección de tablas de combinaciones lógicas a probar durante el análisis, ya que de estas tablas es de donde obtendremos las referencias para comparar los resultados obtenidos con los reales, que dependen del número de entradas que se tenga y la función lógica con la que cumple el componente seleccionado. Para esta selección de tablas también interviene el número identificador, de aquí la importancia que tiene esta variable en nuestro sistema.. 12.

(17) Capítulo III Algoritmo y Pruebas. Procesamiento. Es la etapa más crítica del programa porque es la que realiza todas las pruebas del circuito integrado, determina si el circuito funciona de manera correcta y se mandan los resultados a la siguiente etapa para que sean desplegados al usuario mediante la interfaz. Es importante mencionar que las etapas anteriores permiten realizar las pruebas de manera correcta, ya que sin la configuración de pines correcta y las tablas de verdad del componente a seleccionar las pruebas no se podrían realizar. El proceso que se sigue para realizar las pruebas es el siguiente: lo primero que se hace es tomar la combinación lógica a probar y hacer la actualización del estado de los puertos con estos datos. La actualización consiste en lectura y escritura de los puertos según su configuración. Todo este proceso se realiza tantas veces como combinaciones haya, otro dato obtenido de las etapas anteriores. Los datos obtenidos de la actualización se comparan con el respectivo valor de las tablas de verdad, las cuales se encuentran ya almacenadas en el programa para cada circuito integrado con el fin de que el usuario no intervenga en el proceso más que en la selección del componente que quiere probar. Una vez realizadas todas las combinaciones se almacena un valor de error por cada salida, el cual nos indica si hay o no fallas en el funcionamiento del circuito. Este es el valor que se envía a la siguiente etapa para desplegar los resultados finales del análisis. Como podemos ver, esta etapa es la que realiza la parte más fuerte del proceso de la prueba, además de que interacciona con las otras 3 etapas del programa para lograr el objetivo de realizar una comprobación efectiva. Resultados. Esta etapa se encarga de mostrar los resultados de la prueba en la interfaz gráfica, de manera que el usuario pueda decidir si utilizará el circuito integrado que probó con el sistema. Este despliegue de resultados lo realiza a partir del valor de error obtenido en la etapa de procesamiento. El mensaje que se despliega muestra los pines de salida que no funcionan correctamente, si se da el caso de que no funcione alguna de las compuertas del circuito integrado, pero en caso de que toda la compuerta funcione también se nos indica mediante un mensaje que muestra que el circuito funciona correctamente y no muestra los resultados de cada uno de los pines de salida, debido a que todos funcionaron correctamente al recibir este mensaje.. III.3 Pruebas El desarrollo del sistema fue un largo proceso que constó de muchas pruebas, tanto de software como de hardware. Las primeras pruebas que realizamos fueron del software LabVIEW, para comprobar su funcionalidad, familiarizarnos con las diferentes opciones que presenta, así como aprender a programar en el lenguaje G que, como ya se ha mencionado anteriormente, es el que utiliza LabVIEW para realizar los programas. Posteriormente se comenzaron a realizar pruebas con la tarjeta de adquisición, para poder conocer su funcionalidad, el manejo de los pines, su configuración y lo que consideramos más importante, los procesos de lectura y escritura, ya que era básico dominar estos procesos para poder realizar el programa. Inicialmente utilizamos algunos códigos de ejemplo para conocer como se realizaba la programación de la tarjeta. Después empezamos a hacer nuestros primeros programas básicos para manejar los 13.

(18) capítulo III Algoritmo y Pruebas. procesos de entrada/salida, primero independientemente y posteriormente en conjunto, para saber como utilizarlos en la hora de desarrollar el sistema final. Después de estas pruebas iniciales, ya con un dominio tanto del software LabVIEW así como del manejo de la tarjeta de adquisición, el siguiente paso era la implementación del algoritmo mostrado anteriormente. Esta implementación fue la etapa más compleja y extensa del desarrollo del proyecto, ya que conforme avanzábamos nos íbamos topando con nuevas funciones de LabVIEW que teníamos que estudiar a fondo para lograr resolverlas y utilizarlas de la mejor manera. La primera parte de la implementación consistió solamente en la prueba de una sola compuerta del circuito integrado, ya que, gracias a la modularidad del sistema, una vez que la comprobación de una sola compuerta de un circuito integrado en específico funcionara correctamente, la programación de las demás compuertas y circuitos integrados sería un proceso relativamente más sencillo. El circuito integrado que se utilizó para las pruebas iniciales fue un 7408. Se partió, como ya se dijo, probando con una sola compuerta del integrado para definir el método a seguir para las pruebas. Las primeras pruebas se realizaron comparando los resultados de cada combinación lógica probada con su respectivo resultado en la tabla de verdad, es decir, se probaba combinación por combinación, pero en este punto aún no se establecía si la compuerta funcionaba correctamente a partir de los resultados de cada combinación. Precisamente esta funcionalidad fue el siguiente paso del sistema, ya que después de comprobar el funcionamiento de cada una de las combinaciones lógicas proseguimos a realizar la prueba de la compuerta completa para determinar su estado y decir si la compuerta funcionaba o no. Después de lograr probar la compuerta completa, el siguiente paso fue hacer la prueba del integrado en su totalidad, punto que básicamente está definido en nuestros objetivos y es la finalidad del sistema, comprobar la funcionalidad del circuito integrado de manera integral. Para lograr este paso nos basamos en el módulo que utilizamos para la prueba de una compuerta, realizando el número de iteraciones necesarias para cada integrado de acuerdo a su tabla de combinaciones lógicas, haciendo algunos cambios menores, por ejemplo, la configuración de los pines con los que trabajaba, entre otros. Con esto se arma el módulo completo del programa para la prueba de un circuito integrado en todas sus compuertas. El mensaje que se despliega es por cada pin de salida en caso de que exista algún error, pero si el circuito integrado funciona de manera correcta solo se muestra un mensaje general. De esta manera el usuario decide si usar el circuito o buscar otro que sirva en su totalidad. El mensaje que se muestra en la Figura 111.3 es un ejemplo donde algunos de los pines de salida no funcionan correctamente. Resultados de las Salidas Pin Pin Pin Pin Pin Pin. 2 no funciona 4 no funciona 6 no funciona 8 no funciona 10 no funciona 12 no funciona. 14.

(19) capítulo III Algoritmo y Pruebas. Figura IIl.3. Mensaje La Figura III.4 presenta un mensaje donde el circuito integrado funciona correctamente. Resultados de las Salidas 'Chip Funciona , Correctamente. Figura III.4. Mensaje. 111.4 Conclusiones En este capítulo se mostró el algoritmo que se utilizó para cumplir con el objetivo y para la implementación del programa. Básicamente este algoritmo se divide en cuatro etapas las cuales son: recepción, que se encarga de la interfaz y selección de la compuerta a analizar; configuración, que define pines de entrada y salida, así como combinaciones y tablas de verdad; procesamiento, que hace la comparación del circuito con las tablas previamente definidas; y resultados, que despliega mensajes respecto al funcionamiento del circuito. También se mostró la forma en que se llevaron a cabo las pruebas durante la realización del sistema, desde la utilización del software LabVIEW y la tarjeta de adquisición hasta la programación del programa principal, así como los distintos mensajes que se pueden presentar dependiendo del estado del circuito.. 15.

(20) Capítulo IV Requerimientos y Ventajas. Capítulo IV Requerimientos y Ventajas IV.1 Introducción Este capítulo trata principalmente de explicar los requisitos indispensables para poder utilizar el Sistema Verificador de Componentes Electrónicos. También se presenta una comparación con otros dispositivos cuya función es la misma. Finalmente se trata las ventajas que tiene este sistema verificador con respecto a otros que están en el mercado.. IV.2 Requerimientos del Sistema El Sistema Verificador de Componentes Electrónicos esta conformado por dos partes, como ya se ha mencionado anteriormente, el hardware y el software. Para que estas dos partes funcionen de manera correcta existen algunos requerimientos que se deben cumplir para que se logre el funcionamiento del sistema, estos requerimientos son: Computadora personal con puertos USB, procesador Pentium 3 y posteriores, memoria RAM de 128 MB (De preferencia portátil para que el sistema se pueda utilizar en cualquier laboratorio o lugar de trabajo) Software LabVIEW para ejecutar el programa (Se puede utilizar la versión estudiantil, que es gratuita.) Tarjeta de adquisición de datos USB-6008 de NI. (Costo aproximado de $1600 pesos). Estos tres elementos son lo mínimo necesario para poder utilizar el sistema de manera satisfactoria. En cuanto al software LabVIEW también se puede utilizar la versión comercial si se requiere una funcionalidad mayor, pero teniendo en cuenta que la versión comercial más básica tiene un costo de aproximadamente $1000 dlls, por lo cual es muy importante analizar las funciones que se necesitan y definir si la relación costo-beneficio es conveniente para adquirir el software comercial.. 16.

(21) Capítulo IV Requerimientos y Ventajas. IV.3 Comparación Investigando dispositivos que tuvieran la misma función que el nuestro encontramos 3 que cumplen con los objetivos de nuestro sistema, a continuación mostraremos los detalles de cada uno y los compararemos con el nuestro para definir nuestra ventaja competitiva sobre los demás dispositivos. • Programador Universal Elnec Labprog+ Este programador fue diseñado por Kyhe Ingeniería en España. Además funciona también como probador de memorias SRAM, integrados CMOS y TIL. Tiene un costo de € 626.72.(Ver Figura IV.1). Figura IV. l. Programador Universal Elnec Labprog+ • Verificador IC Portátil Digital Electronix Express Es un verificador de componentes CMOS y TIL. Es diseñado por Electronix Express. Tiene un costo de $165 dlls. (Ver Figura IV.2). 1•. Oliiul 1 ' ·r.. ter. ,,. r º"'* ":::r. 1. ;. •. .. ~. ñ "'" kl .,, O't.A.V. :., _.. -. Figura IV.2 Verificador IC Digital. 17.

(22) Capítulo IV Requerimientos y Ventajas. • Verificador BK Precision Sistema verificador de TIL, CMOS, LSI, memorias, entre otros. Es diseñado por BK Precision y tiene un costo se $957.65 dlls. (Ver Figura IV.3). Figura IV.3 Verificador BK Precision. Costo (pesos). Funciones. Expandible. Alimentación. Conectividad. Programador universal Elnec Labprog+. $8764. No. Corriente AC de 220V. Puerto paralelo. Verificador IC Portátil Digital Electronix Exoress Verificador BK Precision. $1815. Programador y verificador de memorias SRAM, CI CMOS yTIL Verificador de CI CMOS y TIL. No. 4 baterías AA o corriente Alterna de 127V. Ninguna. No. 4 baterías AA. Ninguna. Sistema Verificador Componentes de Electrónicos. $1600. Verificador de TIL, CMOS, LSI y memorias Verificador de CI TIL (Actualmente). Si. Energía suministrada por el puerto USB. Puerto USB. $10527. Tabla IV.1.- Comparativa de los sistemas verificadores En la tabla IV.1 podemos ver un panorama general de los sistemas verificadores que se encuentran comercialmente y cumplen con los objetivos de nuestro sistema, pero podemos ver que nuestro proyecto tiene algunas ventajas muy importantes respecto a los otros dispositivos. La primera ventaja que consideramos muy importante es el costo, ya que nuestro sistema es el más económico de los 4 mostrados, siendo seguido muy de cerca por el dispositivo de Electronix Express, pero también podemos ver que este sistema es muy limitado, ya que sólo agrega la funcionalidad de dispositivos CMOS, pero no es expandible y requiere baterías para su funcionamiento, por lo cual su costo a largo plazo es mayor y la diferencia de costo se vuelve notoria. 18.

(23) Capítulo IV Requerimientos y Ventajas. La segunda ventaja que encontramos es que nuestro sistema es expandible, es decir, que se le pueden agregar nuevos componentes, lo cual lo hace más poderoso a futuro, ya que se puede actualizar respecto a las nuevas tecnologías que surjan en el futuro sin tener que adquirir nuevamente todo el sistema y de esta manera también se reducen los costos a largo plazo. Otro aspecto importante es que mediante el hardware y el software se pueden realizar muchas funciones que no están relacionadas con la verificación de componentes y esto es una ventaja competitiva muy importante para los clientes, ya que además de utilizar el sistema como un verificador se puede utilizar en otros proyectos sin ningún problema, aspecto que ninguno de los sistemas comerciales es capaz de realizar. Finalmente está el aspecto de las baterías y la conectividad, las baterías a largo plazo aumentan costos y además existe la posibilidad de que se descarguen y no puedas trabajar mientras consigues unas baterías nuevas o las recargas en el caso de las baterías recargables. El aspecto de conectividad es también muy importante, ya que como podemos ver sólo uno de los 3 sistemas comerciales permite conectividad con la PC pero lo hace mediante el puerto paralelo que cada vez se encuentra menos en las computadoras actuales, lo cual es una desventaja, ya que hay que comprar adaptadores y estos aumentan el costo y a veces no funcionan correctamente, a diferencia del puerto USB que se encuentra en cualquier computadora actual y se encuentra en pleno auge.. IV.4 Conclusiones En este capítulo se presentaron los requerimientos principales para que trabaje el sistema verificador. Estos requerimientos son los mínimos que el sistema necesita para su correcto funcionamiento. También se mostró una comparación con otros sistemas verificadores con funciones similares, así como las ventajas competitivas que tiene nuestro sistema con respecto a estos sistemas.. 19.

(24) Conclusión general. Conclusión general El Sistema Verificador de Componentes Electrónicos fue completado en su totalidad en su fase inicial, la cual es la que se tenía planteada para esta primera etapa del proyecto. Se tiene una base de datos para los circuitos integrados combinacionales más importantes, que es lo suficientemente amplia para cubrir las necesidades de circuitos combinacionales para casi cualquier proyecto. El sistema tiene una interfaz muy simple y fácil de utilizar. El usuario no requiere de mayor preparación o estudio del software para poder aprovecharlo, ya que la misma interfaz permite un manejo intuitivo del programa. Sólo es necesario elegir el número del componente que se quiere probar y que previamente se colocó en la base de la tarjeta de adquisición, y presionar el botón de Run, y todo el procesamiento y configuración extra que sea necesaria se realiza de manera totalmente interna y transparente al usuario, y el proceso se detendrá por si mismo una vez acabado. Al final sólo se muestra en un cuadro de texto el resultado del análisis realizado, indicando si el circuito integrado funciona correctamente, o en su defecto, indica si no funciona, marcando específicamente los pines de salida que son los que no funcionen, ya que puede que sólo alguna parte del integrado esté dañada y lo demás funcione correctamente. Con esta información, es decisión del usuario si un componente con algunas de sus terminales dañadas le es útil para su aplicación, o si debe desecharlo y utilizar uno que funcione correctamente en su totalidad. La parte de hardware también resultó muy sencilla para el usuario. Sólo necesita tener una computadora, de preferencia portátil para aprovechar la ventaja de portabilidad del dispositivo, la cual tenga el software LabVIEW y el software del Sistema Verificador de Componentes Electrónicos. La tarjeta de adquisición de datos que ya tiene conectada un bus de líneas que son las entradas y salidas digitales que van a la base donde se colocan los componentes a probar, de forma muy similar a lo que sería un programador de microcontroladores. Una vez colocado el integrado sólo hay que correr la prueba y esperar el resultado. En esta etapa en que se encuentra el proyecto, su principal uso será para laboratorios de estudiantes de ingeniería electrónica, inicialmente del campus donde se realizó el proyecto, y a futuro podría llevarse a otras universidades. Sería de mucha utilidad ya que en los almacenes de laboratorios se tiene muchas veces componentes quemados por el mal uso que le dan los estudiantes, y siguen guardándose por mucho tiempo sin saber que no funcionan. Con este sistema fácilmente se puede identificar los que no funcionan y desecharlos, tanto por parte de las personas que atienden el almacén, como por los alumnos que en ocasiones pierden mucho tiempo al realizar sus prácticas al estar utilizando algún componente que no funciona sin darse cuenta sino hasta mucho tiempo después. Una vez que el sistema estuviera finalizada con todas sus etapas, podría pensarse en venderse como una aplicación comercial, pues aunque hay algunos dispositivos con características similares en el mercado, este tendrá la ventaja de que integra muchas funciones para probar un amplia gama de componentes, a un costo relativamente bajo,. 20.

(25) Conclusión general. sobre todo si se compara con el que pueden llegar a tener otros dispositivos probadores que incluso tienen funciones más limitadas. Sólo sería necesario como hardware la tarjeta de adquisición de datos y la base, e incluso la tarjeta puede cambiarse por una con capacidades menores pero que cumplan con lo requerido para que funcione el sistema, logrando reducir el costo del sistema con esto. Una limitación que tiene el sistema es que debido a que la tarjeta utiliza puerto USB como interfaz, es imposible medir tiempos de respuesta por la lenta velocidad de adquisición de datos. Si se pudiera cambiar por otro tipo de interfaz como tarjetas PCI con velocidades de muestreo mucho mayores, entonces si se podría pensar en medir tiempos de respuesta de los componentes a probar. Dado que los objetivos planteados inicialmente pudieron ser cumplidos, ahora se puede pensar en la parte de trabajo a futuro que es necesaria para completar el sistema, y obtener una aplicación mucho más completa y útil, prácticamente por el mismo costo, lo cual es una ventaja extra para el sistema. Como siguiente etapa se sugiere implementar la prueba de circuitos secuenciales, los cuales tienen una mayor complicación debido a que su salida depende no sólo de la entrada sino también del estado anterior, además de que requieren de una señal de reloj para su funcionamiento, la cual también debe ser implementada. Después de esta etapa, vendría el poder hacer pruebas ya con circuitos analógicos, como amplificadores operacionales, o con elementos electrónicos como transistores y diodos. Aquí habrá que hacer uso de las entradas y salidas analógicas de la tarjeta de adquisición de datos para estas pruebas, y probablemente sea necesario algún arreglo de resistores para las pruebas con transistores, que permitan medir los voltajes y corrientes para determinar sus características como por ejemplo su valor 13 (beta).. 21.

(26) Referencias. Referencias. Manual LabVIEW v 7.1 Manual TIL Sokoloff,Leonard Applications in LabVIEW Upper Saddle River, N.J. Pearson Prentice Hall, 2004 502 pp. Bishop, Robert H Learning w1th LabVIEW 7 express Upper Saddle River, N.J. Pearson Prentice Hall, 2004 571 pp. Travis, Jeffrey LabVJEW far everyone Upper Saddle River, N.J. Prentice Hall, 2002 589 pp. http://en.wikipedia.org/wiki/Labview http://www.ni.com/labview/esa/ http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/14604.

(27) Anexos. Anexos.

(28) Aceptado en el "World Congress on Computer Science, Engineering and Technology Education 2006" artículo #119 Coo eración Técnica. <O>IEEE. lnstitute of Electrical and Electronics En ineers (IEEE). Europe-an Soclety to r Engineedn Education. ""TERTE"CH. ~ --- -:: :,. .__::. ,.. ,.M lliei, , l""'"''"'""'"•,..,•,un1111J ¡,, ,,,r,.,,..,,.,,/fl·,nr""" :•dr /11/,,1:,11,,·r,.,. Education. AENUI. sociación de Enseñantes Universitarios de la Informática (AENUI). Porto Gente Brazilian Nucleus of Environmental Researches (NBPAS) Fishin Museum Friends Societ (AAMP).

(29) COMPUTERIZED ELECTRONIC COMPONENT TESTER Fluvio /,ucio Ponlecorvo. 1 ,. Pedro I'once ::. José Ramón Álvarez 3, Marco Tulio Gon::.alez"'. Paulina Cuel!ar5. Alfredo Cutierrez6, EdKar Borroe!7. Ahitract - This /JClper examines a .rnlution to test hasic electronic component.1· in a Mexican university electrical lahoratury. One of' the main prohlems 11·e are constantly faced in the electrical lahoratories is the signi/irnnt amount of'damaged electrical components (resistor.\', transistor.1·, !C. etc) in stock. The proposed, analy:ed cmd tested solution invofre.1· a computeri:ed /ester. 1rith common data acc¡uisition so/iware. The .fi111clamental challenge in our lahoratories is that they are 1101 as we/1 ec¡uipped as they are in a developed co111111:1•. Other challenges .fúcecl in the lahoratories are mainly in the administrative di[ficulties that we have to gel new hasic electrical component.1·. The work was done as a final one semester electrical engineering project. /ndex Terms - ( 'omhinational logic, circuit /ester, Lahview, Data acquisition INTRODUCTION.. In this article, a computcrized combinational logic circuit tcstcr is presented. There are always non functioning logic circuits in thc laboratory. Problems when troubleshooting electronical circuits basically are: incorrect wiring and non lunctioning componcnts. Thcre is not a simple too) that can test logical circuits, as there is for othcr components (for example ohmmeter, bridges, curve tracer, etc.). To simplify the testing of logical circuits a computerized logic tester is designed. PROJECT REQUEST.. The Electrical and Electronical engineering department at thc Instituto Tecnológico y de estudios superiores de. Monterrey, Mexico City Campus (known in Mexico as ITESM-CCM or Tec de Monterrey- CCM or "el Tec-CCM) had a project request for a "device that tests various electronic components" in our laboratories. The main objective for this project is to "make sure that most of the components in our laboratories are functioning properly". There is sorne leeway in the selection of components to be tcsted. PROPOSAL. In this work a proposal is made to test logic circuits using data acquisition hardware and software. A solution will be presented to test electronic components in three parts. The logic components were TTL circuits [ 1,2 J. Combinational logic components. Sequential logic components. Yarious circuits (mainly operational amplifiers). The project is divided in three parts because of the limited time that was available to complete the project in a one semester computer engineering final course at the ITESMCCM .. Each project parl will consist of severa] components to be tested. A database will be generated. SOLUTION.. The preliminary solution proposed is based on a USB data acquisition product (figure 1) made by NATIONAL INSTRUMENTS, and LABVIEW f3,4,5] software. This card was chosen for its case of use, mainly that you "only need a laptop". The software and the hardware were chosen because of the availability of the products in our university. The results presented in this paper are for the first part. The. 1 Flavio Lucio Pontecono. Instituto Tecnológico y de estudios superiores de Monteney. Calle del Puente 222. México DF. Mexico.1-BXll.pontccono(a itesrn.111.x.lucio.pontecorvo(a g111ail.com 2 Pedro Ponce. Instituto ·rc-cnolúgico y de estudios supcrion:s de Montcney. Calle dd Puente 222. México DF. Mcxico.14)80.pedro.poncera itcsm.rnx .l José Ramón Álvara., Instituto Tecnolúgico y de estudios superiores de Monteney. Calle dd Puente 222. Máico DF. Mexico.14380. rhada'.a itesm.mx 4 Marco Tulio Go111.ile1. Instituto Tc·cnoh'1gico y de estudios superiores de Montcney. Calle· dd Puc·nte 222. Máico DF. Mexico.14380.margonzalezla itesm.mx 5 Paulina Cucllar. Instituto Ternolúgico y de estudios superiores de Monteney. ( '.ille del Puente 222. Mc'xico DF. Mexirn.14.180. (, All"redo Gutierre1. Instituto Tecnológico y de estudios superiores de Monterrey. Calle dd Puente 222. México DF. Vkxirn.14.180. 7 J:dgar Borroel. Instituto Tecnolúgico v de estudios superiores de Monteney. Calle dd Puente 222. Méxicn DF. Mexirn.14380. )'i.

(30) solulion to the other two parts will be started in January 2006. The first prototype of the projecl is due mid November. With a final presentation towards the end of No\'ember 2005. A set of about 10 (the gates available in the laboratories stock) logic TTl. gates were chosen. l3asic lwo-input gates (nand. and. or, nor, exor).,three input gates. various additional gales. [ 1,2] The tests done on each circuit gate are just lhe logic part. The tesis now do not include electrical tests (i.e. tan oul, speed response, etc). There is a lot of work still to be done on this part of the project.. Co"l)Uerta. J 74_00 7408 7432 7404. stop ,. is1;P1 '. fig. 2 computer screen showing the test in a 7400 gate. Figures 3,4 and 5 show the case of the graphical device programmmg.. fig.1 National Instrumcnts usb data acquisition device.[61. PRELIMINARY RESUL TS.. 1.--:::" ::- ,,.,... -J j --·". The results obtained so far are very good. A database was made for severa] logic components. The logic tests perfom1ed on hundrcds of logic gates are very successful. Figure 2 shows the test screcn. In this case a 7400 gate 1s device under test. The circuit is working corrcctly.. ...... ··-·. 1. !,-'-'-'-.!.'.'"" .. J. pe•~:·• tg·,:,:.··. •I. 1. . ··n,·::~~=f ~_.-..-, .. ,_"1. El. lig. 3 part. · j~·,·. tt':~:·.··,r··=··-~I. ILr1d--. JIHf. ii"· ., ...... 11. or lhc device graphical sortware.. .26.

(31) -. í. We would like Lo thank the Electrical and Electronics Engineering Dcpartment of the Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Mexico City Campus, Lhe ELECTRONIC LABORATORY STAFF and NATIONAL INSTRUMENTS for their supporl in this project.. ::; ¡. [;]. -1. '". - 1. '---. !' [iJ. t-~-. 1. REFERENCES.. 1. fig. 4 device graphical software.. [ I]. Texas lnstrumcnts, ""ITL logic Jatahook" va1ious ycars.. [2]. National Scmiconductors, ""ITL Logic datahook". various ycars.. 13]. National lnstru1m:nts, --NI-DAQ mx Base 1.x" .. 2004.. [4]. National lnslru1m:nls, "Lahvicw 7 cxprcss ... apr. 03.. [5]. Nalional lnstrumcnts, "mcasurcmclll anJ automation catalog". 200. [61. Nalional lnstruments, wch pagcs, oct. 2005. (. fig. 5 device graphical software.. CONCLUSIONS. From the results obtained so far on the first part of this project, Lhe importance of a laboratory componen! tester is clearly secn. More laboratory projects are finished in time because the students only have to troublcshoot thcir dcsign and do not use precious time verifying that thc logic gates are working This project will be continued next semestcr. The dalabasc will include more components.. FUTURE WORK. This is an ongoing project. More logic circuits will he added during thc next couple of semesters. The preliminary timetahle will he to add sequential TTL circuits during the January-may 2006 period. Alkr that discrele components (transistors) will be added. Different values \\ i ll he mcasured on those components. A change to a PC card (PCI bus) is a distinct possihility. With card much raster acc.¡uisition Limes, Lransienl and responses can he analyzed.. ACKNOWLEDGMENTS.. 27.

(32) ®. MOTOROLA. SN54/7 4LS00 QUAD 2-INPUT NANO GATE • ESO > 3500 Volts. QUAD 2-INPUT NAND GATE LOW POWER SCHOTTKY. Vcc. e. !!rS~ ~~¡. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. 14. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Parameter. Symbol. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Voltage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. e. o. IQH. Output Current -. High. 54. 74. -0.4. mA. 10L. Output Current -. Low. 54 74. 4.0 8.0. mA. FAST ANO LS TTL DATA. 5-2. 28.

(33) ®. MOTOROLA. SN54/74LS02 QUAD 2-INPUT NOR GATE. QUAD 2-INPUT NOR GATE. Vcc. LOW POWER SCHOTTKY. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. GND. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Symbol. Parameter. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Voltage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. c. 54, 74. -0.4. mA. 54 74. 4.0 8.0. mA. 10H. loL. Output Curren! Output Curren! -. High Low. FAST ANO LS TTL DATA 5-6. o. 29.

(34) ®. MOTOROLA. SN54/74LS04. HEXINVERTER. HEXINVERTER. Vcc. LOW POWER SCHOTTKY. ~r·~ ,~ e. ~~¡. 14. GND. e. 141Yl 111 1. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Parameter. Symbol. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Voltage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. c. o. IQH. Output Current -. High. 54, 74. -04. mA. IOL. Output Current -. Low. 54 74. 4.0 8.0. mA. FAST AND LS TTL DATA 5-10. 30.

(35) ®. MOTOROLA. SN54/74LS08 QUAD 2-INPUT ANO GATE. QUAD 2-INPUT AND GATE. Vcc. LOW POWER SCHOTTKY. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. GND. ,~ o. ,41Yl 111 1. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Parameter. Symbol. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Voltage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. c. o. IQH. Output Current -. High. 54, 74. -04. mA. IQL. Output Current -. Low. 54 74. 4O 8.0. mA. FAST AND LS TTL DATA. 5-14. :, 1.

(36) ®. MOTOROLA. SN54/74LS10 TRIPLE 3-INPUT NAND GATE. TRIPLE 3-INPUT NANO GATE. Vcc. LOW POWER SCHOTTKY. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. GND. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Symbol. Parameter. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Voltage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. c. loH. Output Curren! -. High. 54, 74. -04. mA. loL. Output Curren! -. Low. 54 74. o. mA. 8.0. FAST ANO LS TTL DATA. 5-18. o. ~.

(37) ®. MOTOROLA. SN54/74LS32 QUAD 2-INPUT OR GATE. QUAD 2-INPUT OR GATE. Vcc. LOW POWER SCHOTTKY. o. lf¡Sliiffl W1f ~ ~ u. 14. J SUFFIX CERAMIC CASE 632-08. N SUFFIX PLASTIC CASE 646-06. D SUFFIX SOIC CASE 751A-02. ORDERING INFORMATION SN54LSXXJ SN74LSXXN SN74LSXXD. Ceramic Plastic SOIC. GUARANTEED OPERATING RANGES Parameter. Symbol. Min. Typ. Max. Unit. Vcc. Supply Vollage. 54 74. 4.5 4.75. 5.0 5.0. 5.5 5.25. V. TA. Operating Ambient Temperature Range. 54 74. -55. 25 25. 125 70. c. 10H. Output Current -. High. 54. 74. -04. mA. loL. Output Current -. Low. 54 74. 4.0 8.0. mA. FAST AND LS TTL DATA. 5-43. o.

(38) Low-Cost Multifunction DAQ for USB NEW. NI USB-6008, NI USB-6009 Operating Systems. • Small, portable multifunction data acquisition devices • 12 or 14-bit input resolution, at up to 48 kS/s • Built-in, removable connectors for easier and more cosl-eífective connectivity • 2 true DAC analog outpuls for accurate output signals • 12 digital 1/0 lines (TTL/LVTTL/CMOS) • 32-bit event counter • Student kits available. • Windows 2000/XP • Mac OS X • Linux. I__. Recommended Software • LabVIEW • LabWindows/C:VI. Measurement Services Software (included) • Nl-DAQmx Base • Ready-to-Run Data Logger ,_.,. Produd. Bus. USB-6009 USB-6008. '. = s1ng e enae. Analog lnputs. Input Resolution (bits). Max Sampling. Input Rango. Rato (kS/s). M. 14 ~2. 48 10. B SE/4 DI. 11 ,1. Output Rosolution. OulputRm. Output Rango. Analog Outputs. (bits). (flz). 2. 12. 150 150. M Oto 5. to 120 to 120. '. lo 5. Digital. .... -,:.;;:.:::... UD. Lines. 32-MCounlllr. 12 '2. 1. Triggor Digital 01g11al. 1 erenl1a. Hardware Description. lnformation for Student Ownership. The National lnstruments USl3-6008 and LJSll-6009 multi l"unction. lo suppk111cnt sirnulation. 111casurc111cnt. ami au1omalio11 lheory. dala acquisitio11 dc,tccs pro,idc reliablc dala acquisition at a low. courscs with practica! cxpcrimcnts, NI has clc1clopccl thc USB-6008. pricc. Wilh plug-and-play USB co11ncctt1ity. thcsc de1iccs are simple. and USB-6009 sludent kits that includc Lah\·11-:w Studc11t Edition. cnough for quick 111casurcmcnts, but 1crsattle cnough for more. anda ready-to-run data loggcr application. These kits are exclusi,ely. complex 111casure111e11t applications.. for students. gr1111g thc111 a powcrful, low-cost hands-on learning 1001. \'isit 111cn:11:,1'.ac!e1nir. for more dctails.. Software Description Thc NI l Sll-6008 ami USB-6009 include a ready-to-run data. lnformation for OEM Customers. loggcr application that acquircs ami logs up lo erght channels of. For information 011 specral configurations and pricin[!. picase. analog data. For rnon: f'u11ctionality, NI-DAQrnx Base software is a. I. isit. 11r.c:0111. 0,'111.. multiplatforrn dri,cr with a subset or the NI-DAQmx programming interface. Use il to de1t'lop customized DAQ applications with NI Lab\ IEW or C-hased de1elop111cnt em iro11rnents.. Recommended Accessories The LJSB-600X a11CI l.Sll-6009 ha1e built-i11 co11ncct11ity, so 110 additional accessorres are required.. Common Applications. Ordering lnformation NI LJSB-6008 1 ...•.•••.•••. ••• 779051-01 NI USB-6009 1 •••• . ..•.•.•.....• 779026-01 NI lJSB-6008 Student-kit t., ............................. 779320-22 NI USFl-6009 Studcnt-kit 1· ' ••.•.•••••••••••••.••• 779321-22 11ncludcs NI-Di\Qrnx Base Software, NI-Ready-to-Run Data Loggcr Software, anda USB cable. 'lncludes LabVIEW S1udent Edition. rl1e lJSll-611118 a11d lJSJl-600') are ideal rora nurnbcr or applications whcrc cco11on1y. small sizc. a11CI si111plicit1 are cssential. such as: • Data lo~~ing. 1,,g e111 iro11rrn:ntal or 1olta!!e cl;rta qurckh ami castl1. • :\cackmic lab use. lile low prrcc facilitatcs stude11t m1ncrshrp. or D.-\Q hardware for completeh intcracli1c lab-ba,cd rnurscs. Acadcrnic pricrng ;11arlahlc \'isit ni.,>,111 .,, :«:-:·",'· ror cletails. • 1:mbeddcd 01:1\t applrcations. ,. C, NATIONAL INSTRUMENTS14.

(39) Low-Cost Multifunction DAQ for USB Specifications Digital 1/0. Typical al 25 'C unless otherw-ise no!ed. Analog Input. Number of channels. i2 total 8 (PO <O 7>) 4 1Pl <O j>I. D1rectKln r.ontrol Output driver type. Each channel indiVJduaUy pr.Jgra,....rracle as inpul or oulput. Absolute accuracy, single-ended. Typical a12i ·e (mV). Muimum (O to 55 'C) (mV). 147. 138. !10. USB-6008 USB-6009. Absotute accuracy al full scale, differential'. Ranii•. 'Jl¡pical al 25 'C (mVI. ,20 t10 t5 ±4 12.5 ±2 t125 !1. 14.7 773 428 3 59 2.56 221 170 1 53. Maximum (O to 55. ·e¡ (mV). 138 84 8. 58.4 531 45.1 42 5 38.9 37 5. ' lnpu1 voltages may no! erceed !he work1ng voHage range. 8 smgle-ended / 4 differenlial Successive approximation. Number of channels. Type ol ADC. ADC resolution (bits) Devic, USs.6008 USB·6009. Sin le-Ended. Ditrtrontial 12 14. 11 13. Maximum sampling rate (system dependen!) Dtvic1. Maximum Sampling Rate (kS/s). USs.6008 1 USB·6009. 10 48. Compalibrhly. CMOS TTL L'/TTL. Interna! pull-up res1s1or Po.ver-on slate Absolute max1mum voltage range. Input 1h1gh 1mpedarice1 -O 5 lo •5 B1.'. L1v1I. Min. Max. Units. lnpul low wnage lnpul high wnage Input leakage curren! Oulpul low ""llage ¡I , 8 5 mA) Ouipul high wnage (Push-pull, 1, -8.5 mA) Ou1pu1 high ""nage ¡Qpen-dra,n, 1, -0.6 mA narr,,n,11 Ouiput high wnage (Open-drain, 1, -8.5 rnA. with external pul~up resrslor). -O 3 2O. V. 20 2.0. 0.8 58 50 08 J.5 50. 20. -. lnpul h,gh ""ltage. ,10 V ±20. ±10. !5 t4 !:2 5 ±2 ±1 25 ±1 V !10 V. Power Available al 1/0 Connector. ±35 V. •5 '.' oulpul ,,)00 mA max1mum:1. FIFO buffer ~ze. 512 B. r,ming resolution. 41 67 ns !24 MHz timebase1. Timmg accuracy. 100 ppm ol actual sample rale 144ki1 O3 LSB.-, lí10 Vrange). -. V. µA V V V. Counter Number of counters Resolullon Counter measurements PuU-up Resistor Maximum mpul frequency Mmimum high pulse w1dth Mimmum low pulse w1dth. Input range, d1fferenlial Maximum '#Orking voltage Overvoltage pro\ecuon. Software or externa! dig1lal lrigger. 4 71(12 lo •5 V. Digital logic levels. lnpul range. sm•ie-enaed. Input lmpedance Trigger source SySlem no,se. Ope:,.jra1n. Each cliannel indrvidually prograrn:-:-iaoie as push-pull or cpen-drain. Input low wttage. ~2 5 V outpul n rnA ma;ornl.im; ~2s V outpul accuracy Voltage reference lemperature drifl. 32 brts Edge c.ounting {fallmg edge¡ 4 7 kO: to 5 V 5 MHz 100 ns 100 ns. 2 OV OaV 1, typ,cal ~4 85 Vmmimum ~2 5 V lypic.al 025 % max 50 ppmi'C max. +5. Physical Characteristics lí you need lo clean !he mod:Jle. w1pe il w1th a dry towel. Analog Output Absolute accuracy ino :c.ao, Number al channe!s. 7 m'J typ1cal. 36 4 mV max1mum al ful! sca!e. Type of DAC OAC resolution. Success1ve approximation. Maximum update rale Oulpul range Oulpul ,mpedance Ou1put curren\ drive Power-on stale Slew rate Short-orcurl curren!. 2 12 brts 150 Hz. soltware-bmed 0 !O •5 V 5012 5 mA. OV 1 V/µs. 50 mA. D1mens1ons (wrthoul connec\Qrsi 01mens1ons {wilh connec!ors1 We1ght (wilhout conrieclorsi Weighl (w1lh connec1ors). 6 35 by 8 51 by 2 l 1 cm 12 50 by 3 35 by O91,n 1 818by851by231cm 13 22 by 3 35 by O9, 59 g 12 1 02). ,n,. Screw-term1nal w1nng. 84gi30ZI '...ISB series a receptac1e 12) 16-posrtion (screw-termmal) plug heaaers 16 to 28 AWG. Screw-\erminal lorque. 0 22 to O25 N.. m. 110 Connectors. 12 Q lo 2 2 lb .. m i. 35. 2. National lnstrumenls • Tel (800) 813-3693 • [email protected] • ni.com.

(40) Low-Cost Multifunction DAQ for USB Bus lnteñace USB speClficabon USB bus speed. Voltages USB 1 Ofull-speed 11 Mb/s. Power Requirement USB (4 10 to 515 VDC) USB Suspend. Hazardous Locations 80 mA lypical 500 mA ma,:1mum 300 µA lyp,cal 500 µA max1murn. Environmental. 1. aj. Connect only voltages thal are wilh111 the absolution maximum 1imits of lhe connec\icn poin\ See pertinent spec,ficahon section ror appropnate lim1ts. The USB-6008 and USB-6009 are 1nlended for ,ndoor use only Operatmg Environmenl Ambienl temperature range Olo 55ºC ,1es1ed in accordance w1th IEC-60068-2-1 and IEC-60068-1-2 1 Rerat1'Je humidity range 10% to 90%. nan-condensing ¡1es1ed in accordance wilh IEC-60068-2-56 ) Slorage Env1ronmen1 Amb1en\ temperalure range -40 lo 85 ºC (leSled ,n accordance w1lh IEC 60068-1-1 and IEC-60068-1-11 Relahve humidity range 5% to 90%. non-condensmg (lested in accoroance with IEC-60068-1-56 J Ma1imum altitude 2.000 m rat 15 'C ambienl temperature) PoRulion Degree 2. Certificalions and Compliances. The USB-6008 and USB-6009 are not certified for use ,n hazardous locat,ons. Electromagnetic Compatibility Em1ss1ons. EN 55011 Class A al 10 m ~CC Part 15A above 1 GHz lmmunity lnduslnal levels per EN 61326 1997 • A2 2C01 Table 1 EMC,EMI CE. C-Tick. and fCC PM 15 ICiass Al Compl,anl Nole The USB-6008 and USB-6009 may expenence 1emporc1ry vanations m ana!og input readmgs when expased to rad•aled and conducted RF noise. Dev,ce retums to normal operatt0n after RF exposure is remo1.ed. CE Compliance (. E. This producl meets lhe essential rec¡uirements of applicable European Oirect,ves. as amended far CE marking, as follows low-Voltage Direct,ve 1Salety1 73'2:l'EEC Electromagnetlc Compat1b1hty Directíve (El1\C¡ 89'336HC Nole Reler to the Dectaralion of Conform1ty (D0C1 for this product far any additional regulalory compl1ance information. To oblain the DoC far this product, visil n1 coni:ccrN1ca11ori search by model number or product hne. and dick the appropriate lmk in lhe Certification column. The USB-6008 and USB-6009 are designed to mee! !he requirements of !he follow,ng standards of safely far electrical equipmenl far measurement. control. and laboratory use • IEC 61010-1 EN 61010-1 • Ul 61010-1 • CAN'CSA C111 No 61110-1 Nole FOI' Ul and other salety certificahons. refer to the product label. ar visit .,¡ ::om ccr~1f,c:i11on, search by model number or product line, and dick lhe appropnale link in \he Certifica bon column. 36 National lnstruments • Te!: (800) 813-3693 • [email protected] • ni.com.

(41) Hardware Thc following block diagrarn shows key funclional cornponcnts of thc USB-6008/6009.. Externa! Power Supply. Vbus. +5 V/200mA. PFIO. USB. USB Microcontroller. P1 .<0 .. 3>. P0.<0 .. 7>. +2.5 V/CAL. 8 Channel 12/14b ADC. Al <0 .. 7>. 12b DAC. AO O. 12b DAC. AO 1. Figure 4. Device Block Diagram. USB-6008/6009 User Guide. ni.com. 37.

(42) Setting Up Hardware Complete the following steps to set up lhe hardware: 1.. ~ O. The USB-6008/6009 kit ships with signa! labels. You can apply the signa! labels to the screw terminal blocks for easy signa! identilication.. Note. 2.. 1 2. Install combieon screw terminal blocks by inserting them into the combicon jacks.. Refer to Table I and Figure 5 for labcl oricntation and afiix the provided signa! labels to the screw terminal blocks. Until thc signa! labels are applied, you can insert the scrcw terminal blocks into either of the combicon jacks. Refer to Figure 5 for more information about signa! labcl orientation.. Overlay Label with Pin Orientalion Guides Combicon Jack. 3 4. Screw Terminal Blocks Signal Labels. Figure 5. Signal Label Application Diagram. Once you label thc screw terminal hlocks, you must only inserl thcm into the matching combicon jack, as indicated by the ovcrlay label on the USB-6008/6009 device.. Note. 3.. Connecl the wiring to the appropriate screw terminals.. 38 © Nat10nal lnstruments Corporation. USB-600816009 User Guide.

(43) 1/0 Connector The USB-6008/6009 ships with one detachable screw terminal block for analog signals and one deLachable screw terminal block for digital signals. Thesc terminal blocks providc 16 conncctions that use 16 AWG to 28 AWG wirc. Table I lists the analog terminal assignmcnts, and Table 2 lists the digital terminal assignments. Table 1. Analog Terminal Assignments. Terminal. Signal, Singlc-Ent.let.1 Molle. Signal, Differcntial Molle. 1. GND. GND. -. 2. Al O. Al. -. 3. Al 4. Al O-. 4. GND. GND. 5. Al 1. Al l+. 6. Al 5. Al 1-. 7. GND. GND. 8. Al 2. Al 2+. 9. Al 6. Al 2-. 10. GND. GND. 11. Al 3. Al 3+. 12. Al 7. Al 3-. 13. GND. GND. 14. AOO. AO O. 15. AO 1. AO 1. 16. GND. GND. Module. -. ~--. -. --¡¡-u. Qi. 39. USB-6008/6009 User Guide. m.com.

(44) Table 2. Digital Terminal Assignments. Vlodulc. ~. .,_ .,_ _.___.,,. ". -. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ - ~ 11 o. Terminal. Signal. 17. PO.O. 18. PO. I. 19. P0.2. 20. P0.3. 21. P0.4. 22. P0.5. 23. PO 6. 24. P0.7. 25. PI.O. 26. PI.I. 27. Pl.2. 28. Pl.3. 29. PFIO. 30. 12.5 V. 31. +5 V. 32. GND. Á. 40 © National lnstruments Corporation. USB-600816009 User Guide.

(45) Signal Descriptions Table 3 describes the signals available on the 1/0 connectors. Table 3. Signal Descriptions. Rcfcrencc. Signal Namc. GND. l>irection -. -. Dcscription Ground-The reference point for the. single-ended Al measurements, bias current return point for differential mode mcasurements, AO vollages, digital signals at the 1/0 connector, +5 VDC supply, and the 2.5 VDC reference. 1. Al <0 .. 7>. Varíes. Input. Analog Input Channcls O to 7- For single-cnded measurements, cach signa( is an analog input voltage channel. For differcntial measuremcnts, Al O and Al 4 are the positive and negative inputs of diffcrential analog input channcl O. The following signal pairs also form differentia input channels: <Al 1, Al 5>, <Al 2, Al 6>, and <Al 3, Al 7>.. AOO. GND. Output. Analog Channel OOutput- Supplies the. voltage output of AO channel O. AO 1. GND. Output. Analog Channel I Output-Supplies the. voltage output of AO channcl 1. Pl.<0 .. 3> P0.<0 .. 7>. GND. +2.5 V. GND. Input or Output. Digital 1/0 Signals- You can. individually configure cach signal as an input or output. Output. +2.5 V External Reference-Provides a. reference for wrap-back testing. +5 V. GND. Output. +5 V Power Source-Provides +5 V. power up to 200 mA. PFlO. GND. Input. PFI O-This pin is configurable as either a digital trigger or an event counter input.. 41. USB-600816009 User Guide. mcom.

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