UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES TEMA: Compuertas lógicas básicas. Profesor: Ing. Oscar Casimiro Pariasca Estudiante: Huane Rodriguez Bryan Claudio Escuela: Ingeniería Electrónica Código: 20190111 I. OBJETIVO: a. Verificar el funcionamiento de diversas compuertas lógicas básicas TTL. b. Adquirir conocimiento y destreza en el manejo de las compuertas lógicas y circuitos lógicos básicos c. Verificar los resultados prácticos con el uso de un simulador. II. MATERIALES y EQUIPO: a. CI. TTL: 7400, 7402, 7404, 7408, 7432, 7486. b. Opcional: CI CMOS: 4001, 4011, 4069, 4071, 4081 c. 4 Diodos LED, 4 Resistencias R=120-ohm, 1⁄4 watt d. Protoboard e. Alambre sólido AWG No. 30 diferentes colores f. Pelador de alambre g. Alicate de punta h. Fuente de Voltaje C.C. regulada de 5 Voltios i. VOM. Opcional: osciloscopio, generador de pulsos. III. CUESTIONARIO PREVIO: 1. Concepto de sistema analógico y sistema digital. Señal analógica y señal digital. Una señal analógica es aquella que se define sobre un intervalo continuo de tiempo. La amplitud puede tener un intervalo continuo de valores o solamente un número finito de valores distintos. Una señal analógica es una señal definida en un intervalo continuo de tiempo cuya amplitud puede adoptar un intervalo continuo de valores. La señal digital es un tipo de señal en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos es decir varia su valor en determinados espacios de tiempo, dando un resultado sin lugar a especulación. 2. ¿Cómo identificas las terminales de ánodo y cátodo de un LED? Para un diodo Led al igual que un diodo sus zonas quedan determinadas con la observación correcta de su símbolo, siendo la parte con una línea al final el catodo y su contraparte el ánodo. 3. ¿Cuánto es el voltaje en terminales de la resistencia de 330 Ω del circuito de entrada cuando el LED está encendido? ¿El Switch debe estar abierto o cerrado? Considerar V=5 voltios. ¿Y cuánto es el valor del voltaje Vo cuando el LED está apagado? 12V V1 LED1 R1 330Ω Para el funcionamiento de un LED se requiere que estén alimentado con un nivel de voltaje constante dado por su fabricante, asimismo necesitará una ligera corriente para iniciar su funcionamiento. En otras palabras, deberá estar con una fuente adecuada y conectada a tierra, no funcionará en un circuito abierto. Teniendo los siguientes valores de LED: Azul: 3.6 V ππ = πππ − ππππππ = 5 π − 3.6 π = 1.4 π Verde: 2.4 V ππ = πππ − ππππππ = 5 π − 2.4 π = 2.6 π Amarillo: 2 V ππ = πππ − ππππππ = 5 π − 2 π = 3 π Rojo: 1.8V ππ = πππ − ππππππ = 5 π − 1.8 π = 3.2 π En todos los casos cuando el led este pagado, significará que el interruptor está abierto, y por ende Vo = 0 4. ¿Cuál es la finalidad de la resistencia de 330 en el circuito mostrado? Como se ha visto en las operaciones anteriores existe un gran remanente de voltaje en debido a la fuente de voltaje, la resistencia absorbe ese voltaje restante. Entonces, la finalidad de la resistencia de 330Ω es la de proteger el diodo ya que si el voltaje para hacer funcionar el diodo lo supera en creces se malograría. 5. ¿Cuáles son las tecnologías utilizadas en la fabricación de componentes digitales? ¿Explique las características de los TTL y CMOS indicando sus ventajas y desventajas? MOS son los circuitos integrados más diversificados e importantes actualmente y su nombre deriva del transistor del cual están basados, cual es el MOSFET. Tiene dos variaciones importantes, NMOS que utiliza canal n y CMOS cuales utilizan ambos canales el p y n. Son utilizadas para los modernos microprocesadores debido a su característica de poseer una perdida muy mínima de energía por disipación, son relativamente rápidos. Por otra parte, es muy vulnerable a las corrientes electrostáticas. Para los TTL una característica que posee es que usan el transistor bipolar como interruptores en su etapa de saturación, con respecto a sus ventajas los TTL, son menos susceptibles a las diferentes cargas capacitivas y poseen gran velocidad de respuesta. Sin embargo, la velocidad de respuesta conlleva a un mayor consumo energético. Ha mostrado grandes aplicaciones en tarjetas madres por su capacidad de asimilar bien los cambios, asimismo, es una tecnología que va en declive por el crecimiento de alternativas más rápidas y eficaces. 6. ¿A qué rango de voltaje se le considera un 1 lógico en los dispositivos digitales binarios de tecnología de fabricación TTL y CMOS? Definir VIH max, VIH min, VOH max, VOH min Para los TTL su tensión de alimentación se comprende entre los 4,75V y los 5,25V. Normalmente TTL trabaja con 5V. Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) Los CMOS trabajan en un rango de 5 V a 15 V, su rango de 0 lógico suele estar determinado por el rango 0 a 1.5 V, o también se selecciona del cero hasta un tercio del valor del Vcc Definición de los términos: VIH máx: tensión máxima que se admite como uno lógico. VIH mín: tensión mínima que se admite como uno lógico. VIL máx: tensión máxima que se admite como cero lógico. VIL mín: tensión mínima que se admite como cero lógico. VOL max: tensión máxima de salida VOL min: tensión mínima de salida 7. ¿A qué rango de voltaje se le considera un 0 lógico en los dispositivos digitales binarios de tecnología de fabricación TTL y CMOS? Definir VIL max, VIL min, VOL max, VOL min Para un TTL Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 2 V y 5 V para el estado H (alto) Para un CMOS El rango del uno lógico esta dado en un rango 3.85 V a 5 V. Como también, por representar un 70% superior del Vcc 8. Funciones y circuitos lógicos básicos. Tabla de verdad de una función lógica. Dibujar el símbolo lógico y la tabla de verdad para cada uno de los circuitos lógicos básicos: NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR. ¿Cuáles son los códigos en TTL para estas compuertas? A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL NOT(A) 1 1 0 0 7404 A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL OR 0 1 1 1 7432 A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL AND 0 0 0 1 7408 A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL NOR 1 0 0 0 7402 A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL NAND 1 1 1 0 7400 A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL XOR 0 1 1 0 7486 9. Mostrar los símbolos utilizados para representar puertas o funciones lógicas utilizando la Simbología para la Norma ANSI y para la Norma IEC. ¿Existen otras normas adicionales, preséntelas? El diagrama de las funciones lógicas está representado en la columna izquierda de la imagen siguiente, como también en la zona derecha es correspondientes a las mismas funciones lógicas bajos las normas ECI. Existen otras normas mas con el objetivo de representar a las compuertas, estas normas corresponden a la británica y alemana. 10. Habilitación/inhabilitación para el control de datos: Uno de los usos más comunes de las compuertas básicas está en el control del flujo de datos de la entrada a la salida. En este modo de operación se emplea una entrada como control, mientras que la otra lleva los datos que serán transferidos a la salida. Si se permite el paso de estos, se dice entonces que la compuerta está habilitada. Si no se permite el paso de los datos, entonces la compuerta está inhabilitada. Muestre para cada una de las compuertas básicas, las condiciones necesarias para la habilitación/inhabilitación de éstas, analizando la tabla de verdad. X 0 0 1 1 Y 0 1 0 1 NOT(X) 1 1 0 0 OR 0 1 1 1 AND 0 0 0 1 NOR 1 0 0 0 NAND 1 1 1 0 XOR 0 1 1 0 11. ¿Qué valor lógico se considera cuando una señal de entrada no está conectada a la entrada del circuito integrado TTL? Cuando una entrada de un circuito integrado se deja sin conectar, recibe el nombre de entrada “flotante”. Una entrada flotante de esta serie TTL actúa como un nivel lógico 1, característica que se emplea para probar un circuito TTL. 12. ¿Cuáles son los valores máximo y mínimo de voltaje de alimentación para que funcione correctamente un circuito típico TTL? (consulte los datos en un manual de TTL o la hoja del fabricante por lo menos dos circuitos diferentes por ejemplo SN7408 y SN74LS86). Como se observa en la imagen para un TTL de código SN7408 Su valor mínimo: 4.75 V Su valor máximo: 5.25 V Fragmento de la hoja de datos de las compuertas lógicas TTL 13. SIMULACIÓN. Realizar para cada CI de la práctica la simulación para verificar experimentalmente la tabla de verdad de cada compuerta lógica básica -TTL. Anexar a su informe los archivos de su simulación A 0 0 1 1 Código B 0 1 0 1 TTL NOT(A) 1 1 0 0 7404 OR 0 1 1 1 7432 AND 0 0 0 1 7408 NOR 1 0 0 0 7402 NAND 1 1 1 0 7400 XOR 0 1 1 0 7486 Situación 1: 0 - 0 Compuerta AND Compuerta NOT X1 U1A U7 2.5 V U10 0 0 Key = 2 U3A U11 7408J 0 Key = Space 7404N Compuerta NAND U16 X3 2.5 V Key = 6 U5A U17 7400N X6 2.5 V 0 0 Key = 7 Key = 3 Compuerta NOR Compuerta OR U8 0 Key = 0 U2A U9 7432N 0 Key = 1 U14 U12 X2 2.5 V X4 0 Key = 4 U4A U13 7402N 0 Key = 5 2.5 V Compuerta XOR 0 Key = 8 U15 0 Key = 9 U6A 7486N X5 2.5 V Situación 2: 0 - 1 Compuerta AND Compuerta NOT X1 U1A U7 2.5 V U10 0 0 Key = 2 U3A U11 7408J 0 Key = Space 7404N Compuerta NAND U16 X3 2.5 V Key = 6 U5A U17 7400N X6 2.5 V 1 1 Key = 7 Key = 3 Compuerta NOR Compuerta OR U8 U14 U12 0 Key = 0 U2A U9 7432N 1 X2 2.5 V Key = 4 U4A U13 7402N 1 Key = 1 X4 0 2.5 V Compuerta XOR 0 Key = 8 U15 1 U6A X5 2.5 V 7486N Key = 9 Key = 5 Situación 3: 1 - 0 Compuerta AND Compuerta NOT X1 U1A U7 2.5 V U10 1 1 Key = 2 U3A U11 7408J 1 Key = Space 7404N Compuerta NAND U16 X3 2.5 V Key = 6 U5A U17 7400N X6 2.5 V 0 0 Key = 7 Key = 3 Compuerta NOR Compuerta OR U8 1 Key = 0 U2A U9 7432N 0 Key = 1 U14 U12 X2 2.5 V X4 1 Key = 4 U4A U13 7402N 0 Key = 5 2.5 V Compuerta XOR 1 Key = 8 U15 0 Key = 9 U6A 7486N X5 2.5 V Situación 4: 1 - 1 Compuerta AND Compuerta NOT X1 2.5 V U1A U7 1 1 Key = 2 U3A U11 7408J 1 Key = Space 7404N Compuerta NAND U16 U10 X3 2.5 V Key = 6 U5A U17 7400N X6 2.5 V 1 1 Key = 7 Key = 3 Compuerta NOR Compuerta OR U8 U12 1 X2 2.5 V Key = 0 U2A U9 7432N 1 Key = 1 U14 X4 1 Key = 4 U4A U13 7402N 1 Key = 5 2.5 V Compuerta XOR 1 Key = 8 U15 1 U6A 7486N Key = 9 14. CONCLUSIONES • Existen cantidad de circuitos integrados que pueden realizar la funcionalidad de las puertas lógicas, sin embargo, tienen una funcionalidad y aplicación distinta como los CMOS o TTL. • Conocer que valores son aceptados por el circuito nos ayudara a saber que tipo de valores podemos trabajar. • Las puertas lógicas tienen distintos modelos y sus aplicaciones será necesarios en determinadas circunstancias 15. BIBLIOGRAFIA https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/compuertas-logicas/ https://www.cartagena99.com/recursos/tuneapdf/index.php?archivo=alumnos/ap untes/TC%202019_20%20Tema%203.pdf Digital integrated circuits analysis and design[Analisis y diseño de circuitos integrados]. John E. Ayers. CRC PRESS. 2003. Página 16 Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer y Gregory L. Moss. Pearson. 2007. Paginas (4,5) Sistemas de control en tiempo discrete. Katsuhiko Ogata.Pearson 1996. Paginas (14,15,16) X5 2.5 V