Embedded Files
Sara García, Cristian Quintero, Alejandro Neira
INTRODUCTION
El dado electronico es un diseño de circuitos con sistemas integrados, temporizador, compuertas logicas, sin embargo los diseños de dados electronicos implican demasiadas compuertas para el funcionamiento del dado, por esto mismo el grupo de desarrollo toma la decision de poder implementar integrados y así reduce la cantidad de compuertas, como reducir el costo general del proyecto.
El proyecto mantiene una ideología de juegos de mesa y poder tener un dado infinito con lo numeros parciales, se dice infinito, ya que los dados comunes al caer se le dañan las puntas al rebotar y ademas se van borrando las marcas que definen que numero son los que arrojan, por esto mismo la solucion de implementacion de un dado electrónico es mas viable y es mucho mas duradero, sin embargo se tiene que aprender como funciona, este dado implementa un sistema de giro automatico que para al oprimir un pulsador, el cual sale un numero del 1 al 6 como los dados convencionales y si de casualidad sale el 2 sonará de forma automatica, para anunciar que el jugador a caido en este número, son pequeños funcionamientos que generan el mejor funcionamiento del proyecto u el mas optimo.
OBJETIVOS
Desarrollar un circuito electrónico que sea capaz de generar números aleatorios en el rango del 1 al 6 y mostrarlos en un display de siete segmentos
Diseñar e implementar por medio de una FPGA un dado electrónico el cual tiene un rango de 1 a 6 y se mostrara en la BASYS3 XILINXS.
MATERIALES
Para esta practica se tuvieron en cuenta diferentes materiales para implementar el circuito del dado, principalmente tenemos:
Temporizador NE555.
Contador BCD (74LS90).
Sumador binario de 4 bits (74LS283).
Comparador de 4 bits (74LS85).
Decodificador de BCD a 7 segmentos (74LS47)
Compuertas AND y NOT.
Potenciómetro.
Zumbador (chicharra).
Display de 7 segmentos.
Interruptor.
Pulsador o botón.
LED indicador.
Resistencias y cables.
Protoboard o placa de circuito impreso.
Fuente de alimentación
FPGA
PROCEDIMIENTO
El objetivo de este proyecto es diseñar y construir un circuito electrónico que pueda simular el comportamiento de un dado convencional. El circuito debe ser capaz de generar un número aleatorio entre 1 y 6, que se muestre en un display de siete segmentos. Además, el circuito debe tener un botón que permita detener la generación de números y fijar el resultado en el display. Si el resultado es un 2, el circuito debe activar una alarma sonora. Por último, el circuito debe tener un potenciómetro que permita ajustar la velocidad de generación de números, desde muy rápida hasta muy lenta.
Diseño del circuito
Diseño del circuito
En este proyecto, se diseñó y montó un dado electrónico empleando diversos circuitos integrados y un oscilador. En el primer paso, se configuró el circuito integrado 555 como un oscilador astable para producir una onda cuadrada, que se utilizó como señal de reloj para el circuito integrado 74LS90.
En el segundo paso, se empleó el circuito integrado 74LS90 como un contador binario de décadas para contar las pulsaciones del reloj. La salida del contador representaba números del 1 al 6 en formato binario.
En el tercer paso, la salida del contador se alimentó al circuito integrado 74LS47, un decodificador BCD a 7 segmentos, que transformó la señal en una visualización en un display de 7 segmentos.
En el cuarto paso, se empleó el circuito integrado 74LS85 como un comparador de magnitud de 4 bits para comparar la salida del contador con el número 2. Cuando estos dos números eran iguales, la salida del comparador se activaba.
En el quinto paso, se utilizaron compuertas AND y NOT para controlar el sonido de la chicharra. Cuando la salida del comparador estaba activa (indicando que se había obtenido el número 2), las compuertas AND y NOT activaban la chicharra.
En el último paso, se conectó un potenciómetro al circuito integrado 555 para controlar la frecuencia de la onda cuadrada. Esto permitió controlar la velocidad de conteo del contador.
Analisis
Analisis
El proyecto del dado electrónico en el laboratorio de digitales resultó en un éxito destacado, evidenciando la eficacia y precisión del diseño. El circuito demostró su capacidad para generar números aleatorios entre 1 y 6 de manera confiable, cumpliendo su propósito principal de emular un dado convencional. La interacción del usuario se logró eficazmente mediante la inclusión de un botón que permitió a los usuarios iniciar el proceso de generación de números y visualizar los resultados en el display de siete segmentos. La incorporación de un potenciómetro para ajustar la velocidad de la señal de reloj proporcionó una experiencia más versátil y personalizada. La presencia de indicadores visuales, como el interruptor de encendido y el LED indicador de funcionamiento, simplificó la comprensión y el manejo del circuito.
Uno de los aspectos más destacados del proyecto fue la activación de una chicharra cuando se generaba el número 2, lo que agregó un elemento auditivo que mejoró la experiencia del usuario y cumplió con el requisito de generar un sonido en este escenario específico. La documentación detallada del proceso de diseño y construcción garantiza que otros puedan comprender y reproducir con éxito este proyecto, convirtiéndolo en un recurso valioso para comprender los principios de los circuitos digitales y su aplicación en dispositivos lúdicos. La atención a la seguridad eléctrica es un logro significativo que garantiza que el proyecto sea seguro para su uso. En resumen, este proyecto demuestra eficazmente cómo se pueden emplear circuitos digitales en la creación de dispositivos educativos y lúdicos, y cómo la documentación y la comunicación adecuadas son esenciales para el éxito y la replicabilidad del proyecto.
Para este proyecto se anexó un video en el cual se evidencia el funcionamiento del dado electrónico.
Dado electrónico con fpga
Dado electrónico con fpga
El funcionamiento de este dado es el mismo que el anterior planteado en este blog, sin embargo es un dado diseñado en FPGA con un código el cual permite la facilidad de tener el dado a un simple clic.
funcionamiento
funcionamiento
Este proyecto de laboratorio de digitales consistió en una implementación tecnológica completa y efectiva con la FPGA Basys 3 y la programación en VHDL. Se utilizó un sensor de luz para simular el lanzamiento de un dado, lo que aportó una dimensión interactiva única al proyecto, permitiendo que la FPGA se adaptara al entorno de forma dinámica. Los resultados se mostraron en el display de 7 segmentos, lo que ofreció una representación clara y comprensible de los números durante las variaciones del dado. Se incluyeron botones para controlar la velocidad de estas variaciones, lo que reveló un nivel adicional de versatilidad y personalización en la experiencia del usuario, destacando la capacidad de la FPGA para responder a la interacción directa. Además, se implementó una función específica para indicar el número 2 al encender tres LEDs, lo que subrayó la precisión y la capacidad de la FPGA para detectar condiciones específicas y responder en consecuencia.
Este proyecto implicó una complejidad inherente al integrar múltiples componentes como el sensor de luz, los botones, el display de 7 segmentos y los LEDs, lo que reflejó una sólida comprensión de la lógica digital y la temporización en VHDL. Se logró un diseño funcional que demostró habilidades prácticas en la resolución de problemas complejos. Además, se resalta la importancia de una documentación completa y precisa del diseño, así como de una presentación detallada de los resultados, lo que contribuiría a la comprensión clara del flujo de trabajo y de las decisiones de diseño clave. En conclusión, este proyecto no solo cumplió con los requisitos técnicos, sino que también exhibió una combinación efectiva de creatividad, habilidades técnicas y una presentación clara, proporcionando una experiencia interactiva y educativa para los usuarios del laboratorio.
El código diseñado para este dado se creo a partir del diseño implementado con compuertas, el cual es mucho mas fácil de manejar con la tarjeta FPGA, así mismo mas practico, se debe tener en cuenta que para este código se siguieron los siguientes requerimientos:
Un botón que al pulsar reinicie
Un sensor ( Para este caso de luz), que para el contador
Un sistema en el que anuncie que ganaste si cae en un numero en especifico al ganar (Para este caso 2)
Dos botones diferentes, en el cual se va a variar la frecuencia del contador y así es mas difícil atinarle al numero ganador.
Código
Código
Este código cuenta con un contador el cual va desde el 1 al 6, este contador cuenta con una frecuencia de 18000000, el cual se va limitar por vectores que van a mantenerlo hasta seis, a su vez, se debe tener en cuenta que con los reguladores de frecuencia que se mantienen en el boton tl7 y Bl5, los cuales regulan la frcuencia, así se reduce o se aumenta.
Para este código se debe tener en cuenta que el contador se va a demostrar en el primer 7 segmentos, simplemente por estética, en el cual también se demuestran los números que van saliendo al oprimir el botón como primera instancia, ya sea el de reiniciar o el de parar.
El botón de parar a la larga por el procedimiento y el buen funcionamiento de la practica, se ve reflejado en un fotosensor, el cual se va a encargar de parar el contador a la hora de no tener contacto con la luz.
Como ultimo ítem para el buen desarrollo de la practica, se debe tener en cuenta que le número que representa al grupo de diseño, es el numero 2, este numero al caer tapando el sensor, tiene que notificar de alguna manera, por practicidad del diseño, se mantuvo el alumbrado de los leds, los cuales son los 3 primeros leds de la FPGA, que enuncian al prender al tiempo que eres el ganador del juego.
Por ultimo se anexó a la parte izquierda un video en el cual se evidencia el funcionamiento de todas las funciones enunciadas y el funcionamiento especialmente del sensor.
Conclusiones
Conclusiones
Se logró completar el objetivo de la practica haciendo uso principalmente haciendo uso de las tablas de verdad, que nos enunciaban en el 7 segmentos como solo arrojar los 6 números, dando el mas optimo de los resultados.
Se demostró mediante simulación que el diseño del circuito combinatorio se podía realizar, sin embargo, el hacer uso de compuertas lógicas no salía factible y aumentaría en gran medida los costos del desarrollo de la practica, por ende se implementaron integrados.
La implementación del circuito al lo largo del camino generó diferentes problemas, como conexiones mal implementadas, el uso de una chicharra, que al generar una conexión solo generó incertidumbre, sin embargo se logró conectar con una compuerta AND y una NOT.
La FPGA hace que el diseño del dado sea más sencillo y mas económico, ya que la única inversión sería la tarjeta, porque el resto del diseño es crear un codigo en el cual puedas lograr diferentes proyectos.
Se comprendió el uso correcto de la FPGA, entendiendo su gran utilidad en el desarrollo de circuitos, permitiendo un bajo costo y una mayor cantidad de posibilidades, de igual manera se cumplió el objetivo de la practica el cual fue cumplir con las mismas especificaciones del caso anterior de manera mas sencilla y práctica.
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