Laboratorio 2

 

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECANICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

CURSO: CIRCUITOS ELECTRONICO ELECTRONICOSS

TEMA: LOGICA COMBINACIONAL

PRESENTADO POR:

APAZA RONDAN ALDO ALONSO MELGAREJO ALVAREZ EVERT PAUL PAZ ZUÑIGA JAN PIERRE

SEMESTRE VIII AREQUIPA- PERÚ 2017

 

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II Tema: Lógica Combinacional – Combinacional  – Análisis  Análisis y Diseño I. OBJETIVOS  

Conocer las características y funcionamiento de las compuertas Exclusivas.

 

Conocer las principales características de un circuito lógico combinacional.

 

Escribir la expresión booleana de salida de cualquier circuito lógico combinacional y desarrollar







la tabla de verdad a partir de la misma.

 



Diseñar circuitos lógicos combinacionales e implementarlos i mplementarlos mediante CI’s (puertas (puertas lógicas) que proporcionan los fabricantes haciendo uso de la descripción, tabla de verdad y cronogramas facilitados.

 



Adquirir destreza en el montaje de aplicaciones apli caciones con circuitos combinacionales.

II. INFORME PREVIO  I1. ¿Qué es un circuito lógico combinacional? Un circuito combinacional, como su nombre lo sugiere es un circuito cuya salida depende solamente de la “combinación “combinación”” de sus entradas en el momento que se está realizando la medida en la salida. Analizando el circuito, con compuertas digitales, que se muestra (ver el diagrama) se ve que la salida de cada una de las compuertas que se muestran, depende únicamente de sus entradas. La salida F (salida final o total del circuito) variará si alguna de las entradas A o B o las dos a la vez cambian. Los circuitos de lógica combinacional son hechos a partir de las compuertas básicas: compuerta AND, compuerta OR, compuerta NOT. También pueden ser construidos con compuertas NAND, compuertas NOR, compuerta XOR, que son una combinación de las tres compuertas básicas. La operación de los circuitos circuito s combinacionales se entienden escribiendo las ecuaciones booleanas y sus respectivas tablas de verdad. verdad. Ejemplo de ecuación booleana: F = A.B’+A’.B  

 

II.2. ¿Cuál es el proceso de diseño e implementación de los circuitos lógicos combinacionales? Explicar brevemente en base a un ejemplo.

El diseño o síntesis consiste en determinar un circuito que cumpla con unas determinadas especificaciones, tanto de comportamiento como de funcionalidad. funci onalidad. Este problema se puede dividir en dos partes: • Obtención de la función de conmutación que cumpla la funcionalidad deseada. • Obtención de los circuitos que q ue implementa dicha función con el comportamiento deseado.   La obtención de la función de conmutación a partir de unas especificaciones no tiene una metodología establecida sino que depende de la pericia del diseñador y de la precisión de las especificaciones dadas

II.3. Desarrollar los dos primeros circuitos del procedimiento a nivel de simulación. II.4. Traer al laboratorio los circuitos físicos ya implementados.

III. MARCO TEÓRICO Recordemos que existen dos estados lógicos en los sistemas digitales (ya que trabajan en modo binario)

Yes (Buffer) La compuerta BUFFER es la más básica de todas, simplemente toma el valor que se le entrega y lo deja pasar tal cual.

Not La compuerta NOT es un tanto parecida al buffer salvo por que invierte el valor que se le entrega. También tiene la utilidad de ajustar niveles pero tomando en cuenta que invierte la señal.

 

AND La compuerta AND hace la función de multiplicación lógica. Es decir toma los valores que le aplicamos a sus entradas y los multiplica

OR La compuerta OR realiza la función de suma lógica

NAND La compuerta NAND también hace la función de multiplicación, pero entrega el valor negado.

NOR La compuerta NAND también hace la función de multiplicación, pero entrega el valor negado.

 

XOR (OR Exclusiva) La compuerta OR vista anteriormente realiza la operación lógica correspondiente al O inclusivo, es decir, una o ambas de las entradas deben estar en 1 para que la salida sea 1. Ejemplo de esta compuerta en lenguaje seria “Mañana iré de compras o al cine”. Basta con que vaya de compras o al cine para que la afirmación sea verdadera. En caso de que realice ambas cosas, la afirmación también es verdadera. Aquí es donde la función XOR difiere de la OR: en una compuerta XOR la salida será 0 siempre que las entradas sean distintas entre si. En el ejemplo anterior, si se tratase de la operación XOR, la salida seria 1 solamente si fuimos de compras o si fuimos f uimos al cine, pero 0 si no fuimos a ninguno de esos lugares, o si fuimos a ambos

XNOR (NOR Exclusiva) No hay mucho para decir de esta compuerta. Como se puede deducir de los ca casos sos anteriores, una compuerta NXOR no es más que una XOR con su salida negada, por lo que su salida estará en estado alto solamente cuando sus entradas son iguales, y en estado bajo para las demás combinaciones posibles.

Familias lógicas. Existen varias familias lógicas en el mercado, cada una con unas determinadas características. Así dependiendo de cada aplicación habrá que seleccionar la l a que mejor se adapte a cada caso, ya sea en velocidad, requisitos de consumo o que sea inmune al ruido que exista en una fábrica. Debido a los requisitos de la industria actual las dos familias lógicas que más han proliferado son la CMOS y la TTL, sobre todo la TTL ya que presenta una mayor combinación de circuitos lógicos en sus integrados.

 

Familia lógica TTL Es la familia lógica más extendida del mercado y por ello es la que mayor combinación de circuitos lógicos digitales presenta. Su alimentación es de +5V con una tolerancia de ± 5V, un fanout de 10 y buena inmunidad al ruido. Su nombre viene de Lógica Transistor - Transistor (TTL), que es la tecnología con la que está construida. Dentro de esta familia existen diversas subfamilias que presentan distintas características en cuanto a velocidad y consumo, estas son: 10 mW y funciona hasta ✓ TTL Standard: Se identifica como SN74xx. El consumo por puerta es de 10mW frecuencias de 35MHz. El retraso por puerta es de 10nS. ident ifica como SN74Lxx. Se caracteriza por lo poco que consumen. El ✓ TTL de baja potencia: Se identifica consumo por puerta es de 1mW y funciona hasta frecuencias de 3Mhz. El retraso por puerta es de 33nS. ✓ TTL de alta velocidad: Se identifica como SN74Hxx. Se caracteriza por su velocidad. El consumo por

puerta es de 22mW y funciona hasta frecuencias de 50MHz. El retraso por puerta es de 6nS. ✓ TTL Schottky: Se identifica como SN74Sxx. Es el más rápido de la familia TTL. El consumo por puerta es

de 19mW y funciona hasta frecuencias de 125MHz. El retraso por puerta es de 3nS. ✓ TTL Schottky de bajo consumo: Se identifica como SN74LS. Se caracteriza por su combinación de bajo

consumo y alta velocidad, que de cómo resultado puertas con las siguientes características: el consumo por puerta es de 2mW, funcionando hasta frecuencias de 35MHz, siendo el retraso por puerta de 10nS.

Familia lógica CMOS Es la segunda familia lógica más vendida en el mercado. Se caracteriza por el bajo consumo de energía que necesita para funcionar, aunque éste depende de la frecuencia de trabajo del circuit circuito o en cuestión. Al igual que en la familia anterior hay varias versiones o subfamilias lógicas dentro de esta tecnología, dependiendo de las aplicaciones en las que se vallan a utilizar. Como características básicas hay que señalar que se pueden alimentar con un rango ran go de tensiones entre 3 y 15V, presentando un fanout fan out mucho mayor que el que presenta la familia TTL, en este caso de 50. También presenta una fabulosa inmunidad al ruido, rui do, con lo que no presenta ningún inconveniente de uso en ambientes muy ruidosos, como son las fábricas. Las principales desventajas que presenta esta familia son su baja velocidad y un cuidado mayor en la manipulación de estos componentes, ya que se pueden romper de forma muy fácil en presencia de electricidad estática. Las subfamilias de la familia lógica CMOS son: ✓ CMOS standard: Está formado por la serie de circuitos integrados de la serie 4000. Esta serie tiene un

consumo por puerta de 2,5nW y un tiempo de respuesta de 40nS. ✓ HCMOS: Es la familia CMOS de alta velocidad, identificándose por la serie 74HCxx. Su alimentación

debe ser en entre 2 y 6V, tiene un retardo de 9nS y un consumo por puerta de 2,5nW. ✓ HCMOS compatible con la familia TTL. Pertenece a la serie 74HCTxx. Su tensión de alimentación es de

5V, siendo las demás características similares a las de los casos anteriores.

 

 

Ejemplo de diseño Se desea controlar dos motores M1 y M2 por medio de tres interruptores in terruptores A, B y C, de for ma que se cumplan las siguientes condiciones: 1. Si A está pulsado y los otros dos no, se activa M1. 2. Si C está pulsado y los otros dos no, se activa M2. 3. Si los tres interruptores están pulsados se activan M1 y M2.

4. En las demás condiciones los dos motores estarán parados.

 

 

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

V. PROCEDIMIENTO

1.  Implementar el siguiente circuito.

 

1.1 Escribir la expresión booleana de salida del circuito lógico combinacional  Circuito 01.            = ̅ + ̅  + 

1.2  Elaborar la tabla de verdad del Circuito 1. 1.3  A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

TABLA DE VERDAD B C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D

AB

ACD

DBD

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1.3 Simplificar si es posible el Circuito 01, escriba la expresión booleana simplificada y dibuje el diagrama del circuito simplificado y su diagrama de tiempos.

S 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

 

  2. Implementar el siguiente circuito.

2.1 Escribir la expresión booleana de salida del circuito lógico combinacional  Circuito 02.    +  =     .     +  

2.2 Elaborar la tabla de verdad del Circuito 02.

A

B

C

      

   .      

  

S

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 1

0 1 0 0 0 1 1 1

 

  3. Cuatro tanques de gran capacidad de una planta química contiene diferentes líquidos sometidos a calentamientos. Se utilizan sensores de nivel para detectar si el nivel de los tanques A y B excede un nivel predeterminado. Los sensores de temperatura de los tanques C y D detectan cuando la temperatura de estos tanques desciende de un límite prescrito. Suponga que las salidas A y B del sensor de nivel del líquido son BAJOS cuando el nivel es satisfactorio y ALTOS cuando es demasiado alto. Asimismo, las salidas C y D del sensor de la temperatura son BAJAS cuando la temperatura es satisfactoria y ALTAS cuando la temperatura es demasiado baja. Diseñe, simule e implemente un circuito lógico que detecte cuando el nivel del tanque A o B es muy alto al mismo tiempo que la temperatura ya sea en el tanque C o D es muy baja.

Sa

TABLA DE VERDAD Sb Sc

Sd

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

S 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1

1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1

1 1 0 1 1 1

 

4. La figura 01 muestra un cruce de dos avenidas principales. Se colocan sensores de detección de vehículos a lo largo de los carriles C y D (camino principal) y en los caminos A y B (camino secundario). Las salidas del sensor son BAJAS B AJAS (0) cuando no pasa ningún vehículo y ALTAS (1) cuando pasa algún vehículo. El semáforo del cruce se controlará de acuerdo con la siguiente lógica:  El semáforo E-O estará en luz verde siempre que los carriles C y D estén ocupados.  El semáforo E-O estará en luz verde siempre que sea C o D estén ocupados pero A y B no lo estén.  El semáforo N-S estará en luz verde siempre que los carriles A y b estén ocupados pero C y D no lo estén.  El semáforo N-S también estará en luz verde cuando A o B están ocupados en tanto C y D no lo están.  El semáforo E-O estará en luz verde cuando no haya vehículos transitando. Utilizando las salidas de los sensores A, B, C y D como entradas, diseñe un circuito lógico para controlar el semáforo. Debe haber dos salidas N-S N -S y E-O, que pasen de ALTO cuando la luz correspondiente se pone de color verde. Simplifique el circuito lo más que se pueda. Simule e implemente.

A

B

TABLA DE VERDAD C

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D

E-O

N-S

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1

0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

 

 

Armado de los circuitos

 

 

VII. CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES Emita al menos tres conclusiones en torno al trabajo realizado 1.  Se reforzó la parte teórica mediante la práctica, afianzando los conocimientos sobre el uso de las compuertas lógicas, AND, OR, NOR, NAND, NOT 2.  Aprendimos más sobre las distintas aplicaciones que se pueden producir al combinar la lass compuestas ya mencionadas. 3.  Observamos que es necesario contar con una punta lógica para este tipo de circuito circuitos, s, porque es necesario comprobar el funcionamiento (operación de cada ca da compuesta lógica) cada tramo para evitar errores en el funcionamiento 4.  Corroboramos el circuito lógico con la tabla de verdad calculada teóricamente. 5.  Las compuertas lógicas son dispositivos sencillos, pero nos han permitido realizar funciones complejas de un determinado proceso utilizando las álgebras booleanas 6.  Ser paciente en todos los procesos que involucra la solución de estos ejercicios, ya que si no lo somos es muy probable que tengamos un error, y volver algo sencillo en algo muy complicado y se tenga que rehacer nuevamente desde cero.