LABORATORIO # 2 COMPUERTAS LÓGICAS 1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 1

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