Practica1DD

26 Agosto 2014

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Ingeniería en Ciencias de la Computación 61876 ICCM-252 Diseño Digital

Reporte de práctica 1 Dr. Gabriel Juárez Díaz Isaías Carrera Ventura

201113947

Josue E. Michimani Sarmiento

200924728

Janeth Salas Gómez

201121267

Jorge Osvaldo Sánchez García

200936553

Práctica 1 Compuertas Lógicas Abstract. Con la llegada del transistor a mediados del siglo pasado, el uso de las válvulas de vacío se hizo menos rutinario, el transistor presentaba características muy superiores a su similar: ocupaba menos espacio, no se calentaba demasiado, soportaba más el trato rudo, era más duradero, no era de vidrio, etc. Al principio se utilizó en sistemas de radio, televisión, comunicación, aparatos de laboratorio, etc., ahora los hay en grupo en un arreglo con más componente electrónicos para dar por resultado al circuito integrado (CI); estos son dispositivos compactos que pueden realizar de una a muchas funciones, tal es el caso que son los componentes principales de las computadoras. En algunos de tales arreglos entre transistores se obtuvieron a los que se les llamó compuertas lógicas, estas eran una respuesta a la necesidad del hombre para empezar la carrera de las computadoras y hasta el momento se siguen utilizando. Palabras clave: transistor, circuito integrado, compuertas lógicas, diodos, algebra Booleana.

1. Objetivos. 1.1. General. Comprobar la tabla de verdad de las 3 compuertas lógicas: NOT, AND y OR.

1.2. Específico. Como inicio de nuestra materia “Diseño digital” nuestro objetivo principal es conocer, aprender a diseñar e implementar circuitos eléctricos que permitan simular la salida de 3 funciones básicas, “compuertas lógicas“, mediante cada una de sus expresiones booleanas. Formar una capacidad de análisis crítica, para interpretar eficazmente los resultados obtenidos.

2. Descripción del problema. Implementar circuitos eléctricos que ejemplifiquen el comportamiento de las compuertas AND, OR y NOT, esto a través circuitos integrados, que nos permitirán armar nuestro objetivo de acuerdo al datasheet de cada operador lógico. Se deberá comprobar las tablas de verdad de dichas compuertas, medir los voltajes de entrada y salida y verificar la resistencia necesaria para que los leds no lleguen a quemarse.

3. Marco teórico. La Electrónica Digital es una ciencia que estudia las señales eléctricas, pero en este caso no son señales que varíen continuamente sino que varían

en forma discreta, es decir, están bien identificados sus estados, razón por la cual a un determinado nivel de tensión se lo llama estado alto (High) o Uno lógico; y a otro, estado bajo (Low) o Cero lógico. [1] El álgebra booleana difiere de manera importante del álgebra ordinaria en que las constantes y variables booleanas sólo pueden tener dos valores posibles, 0 ó 1. Una variable booleana es una cantidad que puede, en diferentes ocasiones, ser igual a 0 ó a 1. Suponga que las señales eléctricas con que trabaja un sistema digital son 0V y 5V (este es un nivel cómodo para el diseñador de los circuitos pero podría ser cualquier otro). Puede parecer lógico que 5V será el estado alto o uno lógico, pero debemos tener en cuenta que existe la “Lógica Positiva” y la “Lógica Negativa”, veamos cada una de ellas. E en el álgebra booleana sólo existen tres operaciones básicas. OR, AND y NOT.

3.1 Circuito Integrado [2] [3] También conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material Semiconductor (principalmente silicio), de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante Fotolitografías y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado

posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso

3.1.1 Circuitos Integrados TTL Las familias lógicas se definen de acuerdo al circuito básico con el que se construyen las compuertas. Una de las familias más populares es la TTL (Transistor Transisitor Logic). Esta familia ofrece comercialmente toda una gama de compuertas en circuitos SSI (SSI: Small Scale of Integration, de baja escala de integración) y circuitos MSI (MSI: Medium Scale of Integration, escala media de integración).

3.2 Operaciones Lógicas [1] Estas operaciones básicas se llaman operaciones lógicas. Es posible construir digitales llamados “compuertas lógicas” con ayuda de los circuitos integrados: 74LS04(NOT), 74LS08(AND) y 74LS32(OR); que conectados de cierta manera hacen que la salida del circuito sea el resultado de una operación lógica básica (AND, OR, NOT) sobre la entrada. 3.2.1 Lógica Positiva:

Fig. 1.1 Diagrama lógico de la lógica positiva

A toda tensión comprendida entre 0 y 2,5 la denominamos cero y a toda tensión comprendida entre 3,5 y 5 lo denominamos 1. Entre 2,5 y 3,5 quedan los niveles que llamamos indefinidos. 3.2.2 Lógica Negativa: Aquí ocurre todo lo contrario, es decir, se representa al estado “1″ con los niveles más bajos de tensión y al “0″ con los niveles más altos.

Fig. 1.2 Diagrama lógico de la lógica negativa

Por lo general se suele trabajar con lógica positiva.

3.3 Compuertas lógicas [4] Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. Utilizan diversas técnicas de codificación los grupos de bits ya que pueden hacer que representen no sólo números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como: dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos. La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, a través de valores distintos de voltaje. Como anteriormente vimos en la lógica positiva y negativa, las señales eléctricas, existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria sea a 1 ó 0.

4. Desarrollo [4] [5] 4.1 Compuerta negadora o NOT [6] La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica.

Fig. 1.3 Tabla de verdad Compuerta NOT

Se trata de un amplificador inversor, es decir, invierte el dato de entrada y lo saca sobre una salida de baja impedancia, que admite la carga de varias compuertas en paralelo, o de un display de baja impedancia; por ejemplo si se pone su entrada a 1 (nivel alto) se obtiene una salida 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada que llamaremos A. Su operación lógica genera una salida S igual a la entrada A invertida.

Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto de ambas entradas. El lector no se debe confundir porque las operaciones lógicas pueden no concordar con las aritméticas, aunque en este

Fig.1.4 Compuerta NOT La tabla de verdad nos indica que la salida S siempre es el estado contrario al de la entrada A. La ecuación matemática binaria indica que la salida S es siempre igual a la entrada negada lo que se representa con la rayita sobre la A.

El nombre aclara la función. Deben estar altos A y B para que se levante S.

Fig.1.7 Compuerta and caso particular coincidan. Su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto.

Una aplicación de esta compuerta puede ser un sistema de seguridad para un balancín. Para evitar que las manos del operario estén dentro de la zona de presión, se colocan dos pulsadores que ponen un uno en cada entrada. Los pulsadores están bien separados entre sí. Recién cuando el operario los pulse aparece un uno en la salida que opera el relay del motor. 4.2.1 Circuito integrado 7408[6] El TTL (Lógica Transistor - Transistor) 7408 es un circuito que contiene puertas lógicas AND.

Fig 1.5Circuito integrado 74LS04 4.2 Compuerta AND ó “Y” [7] La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND (AND ≡ Y ≡ ᴧ), realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. Fig 1.6 Tabla de verdad Compuerta AND

Fig. 1.8 Configuración 7408 4.2.2 Descripción de las terminales del CI 7408  Cicuito Integrado: 7408  Operador: AND  Tecnología: TTL, 74LS08, 74S08  Puertas: 4  Entradas: 2 por puerta  Cápsula: DIP 14 pins  Pin 1: La entrada A de la compuerta 1.  Pin 2: La entrada B de la compuerta 1.  Pin 3: Aquí veremos el resultado de la operación de la primera compuerta.  Pin 4: La entrada A de la compuerta 2.  Pin 5: La entrada B de la compuerta 2.



Pin 6: Aquí veremos el resultado de la operación de la segunda compuerta.  Pin 7 Normalmente GND: Es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.  Pin 8: Aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta.  Pin 9: La entrada B de la compuerta 4.  Pin 10: La entrada A de la compuerta 4.  Pin 11: Aquí veremos el resultado de la operación de la tercera compuerta.  Pin 12: La entrada B de la compuerta 3.  Pin 13: La entrada A de la compuerta 3.  Pin 14 Normalmente VCC: Alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación de 5 ± 0.25 voltios. 4.3 Compuerta OR ó “O” [8] La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR ( ), realiza la operación de suma lógica. Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas. Fig 1.9 Tabla de verdad Compuerta OR Aquí podemos ver que la operación aritmética no coincide con la lógica ya que la última condición de la tabla de verdad es 1+1=1 y en la operación aritmética seria 1+1=2.

contacto del motor y las llaves de entrada deben conectar la tensión de fuente a las entradas.

Fig 1.11 Circuito integrado 74LS32

5. Resultados Para la implementación práctica de nuestras compuertas lógicas ocuparemos los circuitos integrados mencionados anteriormente:  74LS08  74LS32  74LS04

Fig. 1.12 Circuito Integrado Construido

Fig.1.10 Compuerta “Or” La operación lógica O es inclusiva; es decir que la salida es alta si una sola de las entradas es alta o inclusive si ambas lo son. Es decir, basta que una de las entradas sea 1 para que su salida también lo sea. Deben ser altas A “o” B o ambas al mismo tiempo, para que la salida sea alta. Un ejemplo de uso puede ser que se desee que un motor se opere con una pequeña llave desde una oficina, o en forma local desde al lado del motor; pero no se desea que el motor se apague, si se cierran las dos llaves. La salida debe comandar al

Fig 1.13 Comprobando Compuerta NOT

6.Referencias

Fig 1.13 Comprobando Compuerta AND

[1] J. L. M. Marticorena, «Profesor Molina,» 2014. [En línea]. Available: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/comp _log.htm. [2] Wikipedia, «Circuito Integrado,» Wikipedia, 2014 Julio 30. [En línea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado. [Último acceso: 18 Agosto 2014]. [3] Wikipedia, «Fabricación de Circuitos Integrados,» 17 Agosto 2014. [En línea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_de_circuitos_integr ados. [Último acceso: 20 Agosto 2014]. [4] I. A. Picerno, «Electrónica Completa,» 2010. [En línea]. Available: http://electronicacompleta.com/lecciones/compuertas-logicas/. [Último acceso: 20 Agosto 2014]. [5] Wikipedia, «Serie 7400,» 7 Abril 2014. [En línea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Serie_7400. [Último acceso: 21 Agosto 2014]. [6] Wikipedia, «TTL 7404,» 8 Diciembre 2012. [En línea]. Available: http://pt.wikipedia.org/wiki/TTL_7404. [Último acceso: 20 Agosto 2014].

Fig 1.14 Comprobando Compuerta OR

5. Conclusiones En la práctica aprendimos a leer el datasheet de un Circuito Integrado para así poder armar y comprobar las tablas de verdad de cada compuerta lógica que teníamos por objetivo principal. Como vimos en las fotos, ocupamos la NiElvis y con ayuda de los switch que nos proporciona, que por cierto no sabíamos que para eso servían y nos enseñó el profe a usar, encontramos que los voltajes de entrada se pueden manipular dependiendo de las entradas y salidas que se usen.

[7] Wikibooks, «Citcuito Integrado 7408,» 8 Mayo 2014. [En línea]. Available: http://es.wikibooks.org/wiki/Circuito_integrado_7408. [Último acceso: 22 Agosto 2014]. [8] Futurlec, «Technical Information - Fairchild Semiconductor 74LS32 Datasheet,» 2014. [En línea]. Available: http://www.futurlec.com/74LS/74LS32.shtml. [Último acceso: 22 Agosto 2014].