LABORATORIO # 2 COMPUERTAS LÓGICAS 1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 1
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LABORATORIO # 2 COMPUERTAS LÓGICAS 1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 1
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
<strong>LABORATORIO</strong> # 2 Realización: 06-09-2011<br />
<strong>COMPUERTAS</strong> <strong>LÓGICAS</strong><br />
<strong>1.</strong> <strong>OBJETIVOS</strong><br />
Los objetivos de este laboratorio es que Usted, aprenda a:<br />
Realizar circuitos lógicos sencillos con compuertas cuádruples y Hex.<br />
Utilizar adecuadamente la codificación de los circuitos integrados (C.I.) TTL<br />
Verificar el comportamiento lógico de cada una de las compuertas dentro de los C.I.<br />
Comprobar la respuesta de una compuerta lógica en función al tiempo (retardo).<br />
<strong>2.</strong> <strong>FUNDAMENTO</strong> <strong>TEÓRICO</strong><br />
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LOS C.I.<br />
Los circuitos digitales trabajarán, por lo general, con dos niveles de tensión a los<br />
que denominaremos alto y bajo y los representaremos por H (de High) y L (de<br />
Low) respectivamente. Si asignamos el valor lógico 1 a la tensión más alta y el 0 a la<br />
más baja, utilizaremos lo que se denomina lógica positiva, en caso contrario,<br />
utilizaríamos lógica negativa.<br />
El circuito digital básico es la puerta lógica (logic gate) y a ella se refieren las siguientes<br />
características [según Mandado]:<br />
Cargabilidad de salida (fan-out): Máximo número de puertas que pueden ser<br />
gobernadas por una sola puerta.<br />
Cargabilidad de entrada (fan-in): Máximo número de entradas que puede tener una<br />
puerta lógica.<br />
La capacidad de excitación de un circuito integrado digital, es llamado fan-out<br />
y la corriente mínima de entrada para que una compuerta pueda funcionar<br />
correctamente es llamado fan-in.<br />
Tiempo de propagación medio (propagation delay time): Media aritmética entre los<br />
tiempos medios de propagación del cambio de estado de la entrada a la salida.<br />
Retardo: llamado también tiempo de subida, nos mide el momento en que la<br />
señal pasa desde un 10% del valor final hasta el instante que alcanza el 90%, en<br />
una transición de nivel bajo a alto.<br />
Margen de ruido (noise margin): Variación máxima de la tensión de entrada (de<br />
duración superior al retardo) sin que la salida cambie.<br />
Potencia disipada: La POTENCIA disipada por una puerta.<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
CLASIFICACIÓN<br />
A continuación se da una de las posibles listas de clasificación [Mandado].<br />
Según su fabricación de Silicio<br />
Según el tipo de dispositivo<br />
Bipolar:<br />
- RTL: Lógica resistencia transistor<br />
- DTL: Lógica diodo transistor<br />
- TTL: Lógica transistor transistor<br />
- I2L: Lógica de inyección integrada<br />
MOS:<br />
- PMOS: Transistores MOS de canal P<br />
- NMOS: Transistores MOS de canal N<br />
- CMOS: Transistores MOS complementarios<br />
Según el nivel de integración<br />
Circuitos TTL<br />
SSI: Escala de integración baja (10 a 100 componentes)<br />
MSI: Escala de integración media (100 a 1000 componentes)<br />
LSI : Gran escala de integración (1000 a 10.000 componentes)<br />
VLSI: Escala de integración muy grande (10.000 a 100.000 componentes)<br />
ULSI: Escala de integración supergrande ( más de 100.000 componentes)<br />
El componente básico en los circuitos TTL es el transistor bipolar. La familia TTL se<br />
subdivide en distintas subfamilias cuyas características comunes son las siguientes:<br />
a) Alimentación: Vcc = + 5 V, ± 10%<br />
b) Niveles lógicos de entrada: entre 0,2 V y 0,8 V para el estado L y entre los 2,4 V y<br />
Vcc para el estado H.<br />
c) Identificador: 54XXX para la serie militar y 74XXX para la comercial<br />
d) Temperatura de trabajo: de – 55º a 125º C para la 54 y de 0º a 70º C para la 74.<br />
e) Margen de ruido: 0,4 V.<br />
El resto de características de esta familia depende de la subfamilia utilizada. En la siguiente<br />
tabla se muestran las características de las subfamilias más conocidas.<br />
Características<br />
Estándar<br />
Bajo<br />
consumo<br />
Alta<br />
velocidad<br />
Schottky<br />
Schottky de<br />
bajo<br />
consumo<br />
Retraso (ns) 10 33 6 3 10<br />
Consumo por<br />
puerta (mW)<br />
10<br />
1<br />
22<br />
19<br />
2<br />
Velocidad<br />
(MHz)<br />
35<br />
3<br />
50<br />
125<br />
35<br />
Abanico de<br />
salida<br />
10<br />
20<br />
10<br />
20<br />
20<br />
Identificador L H S LS<br />
Como puede observarse, la velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor<br />
característica, pero en contra tiene su gran consumo.<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
<strong>COMPUERTAS</strong> AND, OR, NAND, NOR Y EXOR<br />
La breve descripción que se detalla a continuación define de forma simplificada el<br />
funcionamiento de cada una de estas puertas así como la ecuación lógica a la que responden y<br />
su correspondiente tabla de verdad:<br />
AND: La salida es “1” cuando todas las entradas valen también “1”; Y=A●B<br />
OR: La salida es “0” cuando todas las entradas valen “0”; Y=A+B<br />
NAND: La salida es “1” cuando cualquier entrada vale nivel logico “0”; Y= A●B<br />
NOR: La salida es “1” cuando todas las entradas valen “0”; Y= A+B<br />
EXOR: La salida es “1” cuando el numero de entradas de entradas que esten a “1” sea impar;<br />
Y=A●B + A●B; Y=AB<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
Identificación de las compuertas digitales<br />
Debido a la falta de normalización, existe una gran diversidad de códigos de identificación,<br />
por lo que cada fabricante utiliza códigos particulares. A continuación veremos algunas de<br />
las normas más comúnmente aceptadas.<br />
9<br />
3<br />
1<br />
7 5<br />
8 6<br />
<strong>1.</strong> Anagrama del fabricante: Indica quien es el fabricante<br />
<strong>2.</strong> Lugar de fabricación: Indica el país donde se ha fabricado<br />
3. Fecha de fabricación: Las dos primeras cifras indican el año y las dos siguientes la<br />
semana.<br />
4. Tipo de encapsulado: Cada fabricante suele tener un código de una o varias letras para<br />
indicar si el encapsulado es de plástico, metal o cerámico.<br />
5. Tipo de componente: Es la información más importante del IC ya que nos indica qué<br />
tipo de circuitos lleva integrados. Este código suele estar bastante generalizado<br />
entre los fabricantes que facilitan catálogos (databooks) con las<br />
características de funcionamiento.<br />
6. Subfamilia: Es el identificador de la subfamila a la que pertenece el IC.<br />
7. Margen de temperatura: Se corresponden con los identificadores 54 y 74 para TTL o<br />
con 40 y 45 para CMOS.<br />
8. Nomenclatura del fabricante: Es un identificador propio del fabricante para identificar<br />
a toda una serie de sus productos.<br />
9. Identificación de la patilla (pin) número 1: Cada patilla de un IC tiene una función<br />
exclusiva y, por lo general, no puede intercambiar con otras. Identificada la patilla<br />
número 1, los números del resto de patillas se obtienen contándolos en<br />
sentido anti horario. No respetar el patillaje puede resultar fatal a la hora de conectar<br />
un IC.<br />
Tomemos como ejemplo el circuito 7408 que tiene integradas cuatro puertas AND de dos<br />
entradas. A partir de la hoja de características en el manual correspondiente y una vez<br />
identificados sus pines, podemos saber la distribución de dichas puertas dentro del IC.<br />
2<br />
4<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
A continuación se muestra una los símbolos, capsula y distribución de pines de algunas<br />
compuestas.<br />
74LS00<br />
74LS08<br />
74LS86<br />
74LS10<br />
74LS04<br />
74LS32<br />
74LS14<br />
74LS11<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
3.- PRE-INFORME<br />
3.<strong>1.</strong>- Investigue las características de las compuertas con tecnología TTL y CMOS.<br />
3.<strong>2.</strong>- Realizar el esquema eléctrico para probar el funcionamiento y verificar la tabla de verdad<br />
de los circuitos integrados 74LS04 (6 compuertas NOT), 74LS14(6 compuertas NOT smith<br />
triger), 74LS08 (4 compuertas AND), 74LS32 (4 compuertas AND), 74LS00 (4 compuertas<br />
AND,.74LS86 (4 compuertas AND). Indicar los niveles de las fuente de alimentación a utilizar.<br />
3.3.- Para el circuito de la figura 3.1 graficar la forma de onda de la salida “S” si en el interruptor<br />
“SW” se introducen los niveles logicos que se muestran a continuación:<br />
SW<br />
Fig. 3.1<br />
3.4.- Para el circuito de la figura 3.2 obtener la tabla de verdad para las salidas “S1” y “S2” en<br />
función de A, B, y C.<br />
Fig. 3.2<br />
3.5.- Para el circuito de la figura 3.3 obtener la tabla de verdad para las salidas “S1” y “S2” en<br />
función de A, B, y C.<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
Fig. 3.3<br />
3.6.- Para el circuito de la figura 3.4 obtener la tabla de verdad para la salida “S1” en función de<br />
A y B. Indicar a que compuerta conocida corresponde la tabla de verdad de este circuito.<br />
Fig. 3.4<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
4. <strong>LABORATORIO</strong><br />
4.<strong>1.</strong>- Compruebe el funcionamiento de las compuertas lógicas NOT, OR, AND verificar y llenar<br />
las tablas de verdad correspondiente.<br />
Dibuja el Lay-Out del 7404 y verifica las compuertas<br />
Dibuja el Lay-Out del 7432 y verifica las compuertas<br />
Dibuja el Lay-Out del 7408 y verifica las compuertas<br />
4.<strong>2.</strong>- Verificacion del retardo.<br />
In Out<br />
1<br />
0<br />
A B Out<br />
0 0<br />
0 1<br />
1 0<br />
1 1<br />
A B Out<br />
0 0<br />
0 1<br />
1 0<br />
1 1<br />
Conecte los seis inversores del 7404 en cascada, la salida será la misma que la entrada excepto que se<br />
retardará la señal por le tiempo que necesita la señal para propagarse a través de los seis inversores.<br />
Obtener el retardo promedio de propagación por inversor utilizando el osciloscopio.<br />
Circuito Implementado Retardo Promedio<br />
4.3.- Arme el circuito dela figura 3.1, compruebe la salida de “S” introduciendo los niveles<br />
logicos indicados en el punto 3.3.<br />
4.4.- Arme el circuito dela figura 3.2, y verifique practicamente las tablas de verdad para las<br />
salidas “S1” y “S2” del punto 3.4 del preinforme.<br />
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<strong>LABORATORIO</strong> Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez<br />
SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)<br />
4.5.- Arme el circuito dela figura 3.3, y verifique practicamente las tablas de verdad para las<br />
salidas “S1” y “S2” del punto 3.5 del preinforme.<br />
4.6.- Arme el circuito dela figura 3.4, y verifique practicamente las tablas de verdad para las<br />
salidas “S1” y “S2” del punto 3.6 del preinforme. Armar el circuito para verificar el<br />
funcionamiento de la compuerta EXOR (74LS86) verificar su funcionamiento. Compare la salida<br />
de la compuerta EXOR y el circuito de la figura 3.4.<br />
5. INFORME<br />
5.<strong>1.</strong>- Para cada punto del laboratorio realice una comparación entre los resultados que se<br />
obtuvo en laboratorio y los datos teóricos.<br />
5.<strong>2.</strong>- Indique las conclusiones del laboratorio.<br />
6. BIBLIOGRAFÍA<br />
- Fundamentos de electronica digital, Thomas L. Floyd<br />
- Diseño Digital, Morris Mano<br />
- Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales, Nelson, V., Troy, Prentice Hall, 1996.<br />
- Sistemas electrónicos digitales, Enrique mandado<br />
- Teoría de conmutación y diseño lógico, Hill Peterson, Limusa, 1978<br />
- Manuales: TTL Data Book National, CMOS data Book National<br />
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