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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

PROGRAMA:

TECNICOS INDUSTRIALES Curso Electrónica Industrial

FASCÍCULO DE APRENDIZAJE

CIRCUITOS DIGITALES CONBINACIONALES

Técnico de Nivel Medio

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO FAMILIA OCUPACIONAL

ELECTROTECNIA

ESPECIALIDAD

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

NIVEL

TÉCNICO MEDIO

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la especialidad de ELECTRÓNICA INDUSTRIAL a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES. Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI N° de Página……134……

Firma …………………………………….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………04.09.14…….

Registro de derecho de autor:

VCC= 5V

SW DIP-2 4 3

1

A 1

1

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN Comprobar el funcionamiento de puertas lógicas.

CANT

1 330R

2

330R x 2 2

2,2K

S

2

2

2,2K

PZA

74LS86

1

1

B

No 01

3

2

2

1 2

D2

D3

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS las Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta Lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

RECONOCIMIENTO DE PUERTAS LÓGICAS

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

MATERIAL OBSERVACIONES HT REF. HT - 01 Tiempo: 15 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 01 CI. Puertas lógicas AND Pieza 01 CI. Puertas lógicas OR Pieza 01 CI. Puertas lógicas NOT Pieza 01 CI. Puertas lógicas NAND Pieza 01 CI. Puertas lógicas NOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas XOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas XNOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas NAND Colector abierto Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 04 Resistores de 2,2K ¼ W Pieza 04 Resistores de 330 Ω - ¼ W Pieza 04 Diodos LED Metros 01 Cable telefónico.

CÓDIGO 74LS08 74LS32 74LS04 74LS00 74LS02 74LS86 74LS266 74LS01 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

PUERTAS LÓGICAS INTRODUCCIÓN Las puertas lógicas o compuertas lógicas, son elementos decisorios que reciben un determinado número de señales de entrada y proporcionan una señal de salida que depende de las condiciones de entrada y que puede asumir solamente dos estados lógicos diferenciados; “1” lógico que significa presencia de un nivel de tensión determinado y “0” lógico que implica un nivel de tensión cero ( lógica positiva ), o “1” lógico que significa nivel de tensión cero y “0” lógico que implica la presencia de un nivel de tensión determinado (lógica negativa). Las puertas lógicas constituyen los dispositivos lógicos elementales cuyo funcionamiento nos permite comprender circuitos lógicos más complejos, por tanto es necesario entender a plenitud el funcionamiento de cada una de ellas. Debido al uso de sólo dos estados “1” y “0” se dice que la lógica digital es binaria por naturaleza, es por ello necesario también comprender los sistemas de numeración utilizados en la electrónica digital como son el binario y el hexadecimal. 1. SISTEMAS DE NUMERACIÖN 1.1 Sistema binario: Está basado en la utilización exclusiva de dos números el 0 y el 1 para expresar cualquier magnitud. El sistema binario es compatible con los dispositivos utilizados en electrónica digital puesto que todos los dispositivos utilizados trabajan con dos estados lógicos 1 y 0 asimilables al 1 y 0 binarios. Por ejemplo el número 110012 = 2510, lo cual se puede obtener de la forma siguiente: 110012 = 1x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 16 + 8 + 0 + 0 + 1 = 25. En la siguiente tabla se muestra los pesos de las sucesivas posiciones de un número binario cualquiera así como la forma de obtener el número decimal que éste representa: PESOS No Binario

64 1

32 0

16 1

8 1

4 1

2 0

1 0

El número binario del cuadro representa el siguiente número decimal: 10111002 = 64 + 16 + 8 + 4 = 9210. Este número se obtiene de la suma de los pesos asociados a los dígitos 1 del número binario en cuestión. Ahora bien, para convertir un número decimal a binario se realiza divisiones sucesivas del número decimal entre la base binaria 2. El residuo de cada división se convierte en parte del número binario: Por ejemplo: Para convertir el número 50 decimal a binario se procede de la siguiente forma:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 1 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 50 0

2 25 1

2 12 0

2 6 0

2 3 1

2 1 Sentido de formación del número binario.

Esto implica que: El número 5010 = 1100102 1.2 Sistema Hexadecimal: Se trata de un sistema de numeración en base 16 que utiliza los siguientes códigos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Este sistema es ampliamente utilizado simplifica notablemente la escritura de los números binarios. Todos los números del sistema hexadecimal se pueden expresar con cuatro dígitos o bits binarios, lo que facilita la transposición entre estos dos sistemas. Por ejemplo el número 4F716 = 0100 1111 01112. DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

HEXADECIMAL BINARIO 0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9 1010 A 1011 B 1100 C 1101 D 1110 E 1111 F

Representación de números en el sistema hexadecimal. Para convertir un número binario en hexadecimal se agrupan los dígitos de 4 en 4 de izquierda a derecha, añadiendo los ceros que sean necesarios. Por ejemplo: El número 01001011101112 = 0000 1001 0111 01112 = 097716. Para convertir un número hexadecimal en decimal se emplea el sistema de sumar el valor que representa cada dígito según su posición multiplicando por las diversas potencias de la base que en este caso es 16. Por ejemplo: 6E416 = 6x162 + 14x161 + 4x160 = 1536 + 224 + 64 = 182410 ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 2 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Para convertir un número decimal a hexadecimal, se efectuarán divisiones sucesivas entre 16, cuando no sea posible continuar dividiendo, se formará el número hexadecimal con el último cociente seguido de los residuos obtenidos. Por ejemplo: 225 16 224 1 14 22510 = E116 . 1.3 Código BCD: Código decimal codificado en binario. Este código representa los números decimales del 0 al 9 utilizando 4 dígitos binarios para cada número decimal. Por ejemplo: El número 45910 = 0100 0101 1001 (BCD) Este código es ampliamente utilizado en las máquinas y computadoras. DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

2. PUERTAS LÓGICAS 2.1 Puerta AND “Y”: Dispositivo lógico cuyo nivel de salida representa el producto lógico de los niveles lógicos presentes en sus entradas. La salida de una puerta lógica AND es un nivel lógico “1” solamente si todas sus entradas poseen nivel lógico “1” , de lo contrario el nivel lógico de salida es “0” . El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

CIA 3

2

S

7408

Símbolo

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A.B

S = A.B 0 0 0 1

A

B

S

Circuito Equivalente

2.2 Puerta OR “O”: Dispositivo lógico cuyo nivel de salida representa la suma lógica de los estados lógicos presentes en sus entradas.. La salida de una puerta lógica OR es un nivel lógico “1” si por lo menos una de sus entradas o ambas presenta nivel lógico “1”, por el contrario la salida de una puerta OR es un nivel lógico “0” si todas sus entradas presentan nivel lógico “0”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 3 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

A B

1

CIA 3

2

S

7432

Símbolo

A

B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A+ B

S = A+ B 0 1 1 1

A S B

Circuito Equivalente

2.3 Puerta NOT “NO”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación del estado lógico presente en la entrada. La salida de una puerta NOT es un nivel lógico “1” cuando su entrada presenta nivel lógico “0” y viceversa. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación: CIA

A

1

2

S

A

0 1 S=A

7404

Símbolo

A

S=A 1 0

S

Circuito Equivalente

2.4 Puerta NAND “NO Y”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación de los estados lógicos de salida de una puerta AND. La salida de una puerta NAND es un “1” lógico cuando por lo menos una de sus entradas o todas presentan nivel lógico “0” , por el contrario la salida asume el estado lógico “0” cuando todas sus entradas presentan estado lógico “1”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

3

2

B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A.B A

CIA

S

7400

Símbolo

S = A.B 1 1 1 0

A

B

S Circuito Equivalente

2.5 Puerta NOR “NO O”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación de los estados lógicos de salida de una puerta OR. La salida de una puerta NOR es un “0” lógico cuando por lo menos una de sus entradas o todas presentan nivel lógico “1” , por el contrario la salida asume el estado lógico “1” cuando todas sus entradas presentan estado lógico “0”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

CIA 3

2 7400

Símbolo

S

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A+ B

S = A+ B 1 0 0 0

A B S Circuito Equivalente

2.6 Puerta XOR “OR Exclusiva”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida es un nivel lógico “1” cuando sus dos entradas presentan niveles lógicos diferentes, por el contrario ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT – 01 HCT 4 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES su salida asume el estado lógico “0” cuando sus dos entradas presentan estado lógicos iguales. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito lógico equivalente se muestran a continuación:

A B

CIA

1

3

2

S

7486

Símbolo B A CIC 5

6

1

1

CIC 5

6

S = A⊕B 0 1 1 0

CIA 3

2 7404

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S=A⊕B

4 7408 CIA

6

5 3

2

CIB

S

7432

7408

7404

Circuito Lógico Equivalente 2.7 Puerta XNOR “NOR Exclusiva”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación del estado de salida de una puerta OR exclusiva. La salida de una puerta NOR exclusiva asume el estado lógico “0” cuando sus dos entradas presentan niveles lógicos diferentes, por el contrario su salida asume el estado lógico “1” cuando sus dos entradas presentan estado lógicos iguales. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito lógico equivalente se muestran a continuación: B A S = A⊕ B CIA 1 1 0 0 A 3 S 0 1 0 2 B 0 0 1 74AHCT266 1 1 1 Símbolo S = A⊕ B

B

A 1

CIA 3

2 CIC 5

6

7408 CIA

CIB 6

5 3

2

7404

S

7432

7408

CIC 5

1

4

6 7404

Circuito Lógico Equivalente ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 5 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. ALGEBRA DE BOOLE 3.1 AXIOMAS PARA LA RESOLUCIÓN DE ECUACIONES LÓGICAS: Primer Axioma: El producto lógico de “1” por una función lógica cualquiera, es igual a la función. A . 1 = A CIA

A 1

1

A

3

2 7408

Segundo Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera, por “0”, es igual a cero. A.0=0

A 0

1

CIA 3

2

0

7408

Tercer Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera por la misma función, es igual a la misma función. A.A=A

A A

1

CIA 3

2

A

7408

Cuarto Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera por la negación de la misma es igual a cero. A.Ā=0

A A

1

CIA

0

3

2 7408

Quinto Axioma: La suma lógica de “1” mas una función lógica cualquiera, es igual a “1”. A+1=1

A 1

1

CIA 3

2

1

7432

Sexto Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas “0”, es igual a la función. A+0=A ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 6 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

A 0

1

CIA

A

3

2 7432

Sétimo Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas la misma función es igual a la misma función. A+A=A

A A

1

CIA 3

2

A

7432

Octavo Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas la negación de la misma función es igual a “1”. A+Ā=1

A A

1

CIA 3

2

1

7432

Noveno Axioma: A+B=B+A A.B=B.A Décimo Axioma: A + B + C = A + (B + C) = (A + B) + C = (A + C) + B A . B . C = A (B . C) = (A . B) C = (A . C) B Undécimo Axioma: A (B + C) = A .B + A . C Duodécimo Axioma: A + B . C = (A + B) . (A + C) Treceavo Axioma: A + A.B = A Catorceavo Axioma: A+Ā.B=A+B 3.2 TEOREMAS DE MORGAN: 1er Teorema: La inversa de la suma lógica de dos o más variables es igual al producto lógico de los inversos de dichas variables.

A + B = A . B

A B

2

P1A 1

3

S

7402

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

A B

2

P2A 1

3

S

7408

REF HT – 01 HCT 7 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2do Teorema: La inversa de un producto lógico de dos o más variables equivale a la suma lógica de las inversas de dichas variables.

A . B = A + A B

1

B

P1A 3

2

S

A B

7400

1

P2A 3

2

S

7432

4. FAMILIAS LÓGICAS Todos los dispositivos lógicos son encapsulados en circuitos integrados, los cuales constituyen circuitos electrónicos funcionales fabricados en un mismo proceso sobre un sustrato común llamado CHIP y dentro de una misma cápsula. En un principio el CI podía solamente contener una o dos puertas lógicas, en la actualidad con el avance de la tecnología en su fabricación, se ha conseguido que un CI pueda contener miles de puertas lógicas. Con el fin de expresar el grado de complejidad y capacidad de los CI digitales se han utilizado diferentes terminologías y parámetros en función de la cantidad de compuertas lógicas que puede contener un CI: SSI: Pequeña Escala de Integración, CI que contienen no más de 12 puertas lógicas. MSI: Mediana Escala de Integración, CI que contiene de 12 a 99 puertas lógicas. LSI y VLSI: Alta Escala de Integración y Muy alta escala de integración, CI que contiene decenas de miles de puertas lógicas. ULSI: Ultra alta escala de integración, CI que contiene más de 100 000 puertas lógicas. Todos los CI digitales a excepción de algunos tipos LSI y VLSI como las memorias, se dividen en familias lógicas. Ahora bien todos los elementos o dispositivos que pertenecen a una familia son compatibles entre si, esto quiere decir que poseen las misma características de funcionamiento. Las familias lógicas más importantes son: TTL: Logica Transistor-Transistor. CMOS: Lógica Metal-Oxido Semiconductor con Transistores Complementarios. 4.1 Términos y Parámetros de los CI Digitales: Parámetros de voltaje y corriente: • VIH(min): voltaje de entrada de nivel alto; mínimo nivel de voltaje requerido para un “1” lógico en una entrada. • VIL(max): voltaje de entrada de nivel bajo, máximo nivel de voltaje requerido para un “0” lógico en una entrada. • VOH(min): voltaje de salida de nivel alto, mínimo nivel de voltaje requerido para un “1” lógico en una salida. • VOL(max): voltaje de salida de nivel bajo, máximo voltaje de salida requerido para un “0” lógico en una salida. • IIH: corriente de entrada de nivel alto, corriente que fluye en una entrada al aplicársele un nivel alto. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 8 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES • • •

IIL: corriente de entrada de nivel bajo, corriente que fluye en una entrada al aplicársele un nivel bajo. IOH: corriente de salida de nivel alto, corriente que fluye desde una salida en nivel alto en determinadas condiciones de carga. IIH: corriente de salida de nivel bajo, corriente que fluye desde una salida en nivel bajo en determinadas condiciones de carga.

Factor de Carga de Salida y Entrada (Fan-out, Fan-in) • Fan-out: Máximo número de elementos lógicos que pueden conectarse a una salida. • Fan-in: Máximo número de elementos lógicos que puede aceptar una entrada: Retardos en la propagación: • TPLH: Tiempo de retardo de una puerta lógica al pasar de “0” a “1” lógico. • TPHL: Tiempo de retardo de una puerta lógica al pasar de “1” a “0” lógico. Por lo general estos tiempos de retardo son distintos y dependen de las condiciones de carga. Requerimientos de Potencia: La cantidad de potencia que necesita un CI se especifica por lo general en términos de corriente ICC consumida por la fuente de alimentación y el voltaje que suministra VCC. La potencia real es el producto de ambas cantidades. Sin embargo, en muchos CI el consumo de corriente varia según los estados lógicos de los circuitos en el encapsulado, de ahí que: ICCH: Es el consumo de corriente de la fuente de alimentación cuando los niveles lógicos del CI son altos, y ICCL: Es el consumo de corriente de la fuente de alimentación cuando los niveles lógicos del CI son bajos. Por lo general estos dos valores son distintos siendo necesario calcular la corriente promedio la cual es: ICC(prom) =(ICCH + ICCL) / 2 Con lo cual el consumo de potencia promedio será: PD (prom) = ICC(prom) x VCC Producto Velocidad-Potencia: En general, es deseable que un CI tenga menores retardos en la propagación (mayor velocidad), así como bajos valores en la disipación de potencia. Un medio para comparar y medir el desempeño global de una familia de CI en este aspecto es el producto velocidad-potencia, el cual se define multiplicando el retardo de propagación de una compuerta por la potencia que disipa. Por ejemplo una compuerta que tiene un retardo de propagación de 10 ns y disipa una potencia de 10 mW, tendrá un producto velocidadpotencia igual a: 10 ns x 10 mW = 100 x 10-12 W-s. lo que equivale a 100 pj (picojoules). Obviamente es deseable que un CI tenga un valor bajo de producto velocidad-potencia. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 9 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Inmunidad al Ruido: Se refiere a la capacidad de un CI para tolerar voltajes de entrada ruidosos sin alterar su funcionamiento. La inmunidad al ruido se especifica en mV (milivoltios) o en V (voltios). Podemos distinguir: • VNL: Voltaje de ruido permisible en una entrada que se encuentra en nivel bajo. • VNH: Voltaje de ruido permisible en una entrada que se encuentra en nivel alto. 4.2 Familia Lógica TTL: La familia de CI TTL (Lógica de Transistor a Transistor) en la actualidad es de amplia utilización, para su fabricación se utilizan transistores bipolares o BJT, y comprende las siguientes series: SERIE 74 (TTL ESTÁNDAR) SERIE 74H (TTL DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA): (Obsoleta) SERIE 74H (TTL DE ALTA VELCIDAD): (Obsoleta) SERIE 74S (TTL SCHOTTKY): (transistor barrera Schottky = 0,25v) SERIE 74LS (TTL SCHOTTKY DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA). SERIE 74AS (TTL SCHOTTKY AVANZADA). SERIE 74ALS (TTL AVANZADA SCHOTTKY DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA). A continuación se muestra una tabla comparativa de los parámetros de cada serie TTL: FAMILIA LÓGICA TTL Rangos de Voltaje de Vnominal = 5v Vmin = 4,45v Alimentación ( VCC) Mmax = 5,25V Parámetros de 74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS voltaje 2,5 2,5 2,7 2,4 2,7 2,4 2,4 VOH(min) 0,4 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 0,4 VOL(max) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 VIH(min) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,8 VIL(max) Parámetros de 74LS 74AS 74ALS 74 74L 74H 74S funcionamiento Retardo de 9 33 6 3 9,5 1,7 4 propagación (ns) Disipación de potencia 10 1 23 20 2 8 1 (mW) Producto velocidad90 33 138 60 19 13,6 4,8 potencia (pj) Factor de carga de salida para la misma 10 20 10 20 20 40 20 serie (Fan-out) Inmunidad al ruido 400 (mV) Otras características de la familia TTL: Entradas Flotantes, Cualquier entrada de un circuito TTL no conectada actúa como si estuviera conectada a un nivel lógico alto, es necesario tener ello en consideración a la hora de realizar circuitos con compuertas TTL. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 10 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Entradas Interconectadas, Si dos o mas entradas TTL se interconectan, estas tendrán un Fan-out que será la suma de los Fan-out de cada una de las entradas que intervienen en la conexión a excepción de las compuertas NAND y AND, en estos casos el Fan-out será el mismo en estado bajo. Salidas TTL de Colector Abierto, En CI TTL convencionales es imposible interconectar terminales de salida entre sí , ello podría producir el deterioro de los circuitos que intervienen en la conexión, debido a un exceso en la corriente de salida de uno de ellos al encontrarse éstos con diferentes niveles de salida. Con el fin de poder efectuar la conexión AND alambrada utilizando CI TTL , éstos se han diseñado con salidas de colector abierto que permite la conexión de un resistor exterior que limite la corriente de salida cuando se efectúa la conexión de terminales de salida entre sí.

A B C D

1

P1A 3

2

4

A B

1 7400 P1B

P1A 3

2 6

5

7408

9

8

10

S C D

P1C

12

7400 P1D

S 11

13

7400

7400

S = A.B . C.D

S = A.B . C.D

Conexión con circuitos convencionales

Conexión AND alambrada

Ambos circuitos son equivalentes, pero para que la conexión AND alambrada se efectúe sin problemas, es necesario que las puertas del circuito de la derecha sean de colector abierto.

2

1

Vcc

Puerta B

R

Puerta A

Representación de las salidas de colector abierto interconectadas entre si. Salidas TTLTriestado, Salida que permite tres estados de salida posibles: Alta, Baja y Alta impedancia (Alta Z). El estado de alta impedancia es una condición en la que el terminal de salida de un CI presenta alta impedancia en relación al terminal de tierra y a VCC. Es decir, el terminal de salida está flotante y no presenta nivel alto ni nivel bajo. Los CI triestado presentan además de sus terminales normales, un terminal adicional cuyo estado lógico determina el funcionamiento del circuito, el cual es denominado terminal de habilitación EN y puede ser activado en nivel alto o en nivel bajo. Por ejemplo, ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT – 01 HCT 11 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES veamos el funcionamiento del siguiente circuito inversor triestado a través de su tabla de verdad

EN 1

EN O 1 1

A

2

3

S

A X 0 1

S Alta Z 1 0

P1A 74125

4.3 Familia Lógica CMOS: La familia de CI CMOS (MOS Complementario) en la actualidad es también ampliamente utilizada, para su fabricación se utilizan transistores MOSFET canal N y P, y comprende las siguientes series: SERIE 4000. SERIE 74C: Compatible en terminales y en funciones con los dispositivos TTL que tienen el mismo número. SERIE 74HC(CMOS DE ALTA VELOCIDAD): Versión que mejora a la serie 74C, compatible en terminales y en funciones con los dispositivos TTL de la serie 74LS. SERIE 74HCT: De la serie CMOS de alta velocidad, compatible eléctricamente con los dispositivos TTL. A continuación se muestra una tabla comparativa de algunas de las características de la series CMOS: FAMILIA LÓGICA CMOS Voltaje de Alimentación Niveles de Voltaje VOH(min) VOL(max) VIH(min) VIL(max)

40 3 a 15v 40 VDD 0 70% VDD 30% VDD

74C 3 a 15v 74C VDD 0 70% VDD 30% VDD

74HC 2 a 6v 74HC 4,9 0,1 3.5 1,0 (VDD=5v) 74HC

74HCT 2 a 6v 74HCT 4,9 0,1 2,0 0,8 (VDD=5v) 74HCT

Parámetros de funcionamiento 40 74C Disipasión de potencia (mW) Depende de Depende de 0,0025 0,001 Estática. la frecuencia la frecuencia 0,17 0,1 A 100MHz Velocidad-potencia a 100 KHz 5 1.4 (pj) Retardo de propagación (ns) 50 8 Más veloz Más veloz Factor de carga Depende del retardo permisible en la propagación Margen de ruido en el peor de los 1,5 0,9 casos (V) Otras características de la familia CMOS:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 12 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Entradas flotantes, las entradas no utilizadas en CMOS nunca deben dejarse desconectadas, todas debes estar conectadas a un nivel fijo de voltaje. Una entrada CMOS flotante, es susceptible al ruido y a cargas estáticas que fácilmente podrían activar los canales MOSFET al estado conductor, produciendo mayor disipación de potencia y posible sobrecalentamiento. Salidas CMOS de Drenador Abierto, las salidas CMOS convencionales nunca deben interconectarse, ello produciría un funcionamiento erróneo del circuito. Algunos dispositivos CMOS están disponibles con salidas de drenador abierto, que son la contra parte de los circuitos de colector abierto de TTL. Para interconectar salidas CMOS entre sí es necesaria la conexión de un resistor externo. 1

Vcc

500R

P1A 1

2

2

A

P1B

B

3

4

P1C

C

5

6

Salidas CMOS Triestado, Varios CI CMOS tienen salidas triestado, su operación es similar a los dispositivos triestado TTL. 5. SIMBOLOGIA IEEE: En 1984 se introdujo un nuevo conjunto de símbolos estándar que proporcionan información más útil respecto al la función de un dispositivo digital determinado. La ventaja que representa este tipo de simbología respecto a la simbología tradicional es la facilidad con la que se puede distinguir las características de funcionamiento de un dispositivo digital complejo. A continuación mostramos el significado de algunos de los símbolos empleados por la simbología IEEE que será necesario identificar a fin de familiarizarnos con esta simbología cuya aceptación es cada vez mayor. AmplificadorIzquierda Izquierda Amplificador AmplificadorDerecha derecha Amplificador SalidaTriestado triestado Salida Terminalactivo activoen ennivel nivelbajo bajoIzq. derecha Terminal Trminal erminalactivo activoen ennivel nivelbajo bajoIzq. izquierda Te alidade decolector colectorabierto abierto nivel nivelalto. alto SS alida decolector colectorabierto abierto nivel nivelbajo. bajo SS aalida lida de ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 13 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 6. CUESTIONARIO: 1.- Efectuar las siguientes conversiones: a) 105 10 a Binario b) 1011012 a Decimal c) 165 10 a Hexadecimal d) AF47 16 a Binario e) 011110101012 a Hexadecimal 2.- Exprese los siguientes números en código BCD: a) 467 b) 6599 c) 765 d) 30134 3.- Enumere los tipos de puertas lógicas estudiadas. 4.- Enumere los catorce axiomas del álgebra de Boole y establezca la relación de cada axioma con la compuerta lógica correspondiente. 5.- Mencione cuáles son las implicancias de los teoremas de Morgan respecto a las compuertas lógicas. 6.- Defina los términos y parámetros más importantes de los CI digitales. 7.- Que consideraciones es necesario tener en cuenta cuando se trata de entradas interconectadas y flotantes en las tecnologías TTL y CMOS. 8.- Como deben conectarse las salidas de colector abierto y que ventajas presentan respecto a una salida normal tanto en la tecnología TTL como CMOS. 9.- Explique el fundamento y aplicaciones de las compuertas triestado. 10.- Investigue el funcionamiento y aplicaciones de las compuertas Schmitt Trigger.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT – 01 HCT 14 / 14 HOJAS

VCC= 5V 1 2 3 4

SW DIP-4

8 7 6 5

D C

S 1

B

No 01

PZA

1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Armar y probar circuito combinacional con Protoboard. puertas lógicas. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

CANT

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MATERIAL

OBSERVACIONES

MONTAJE DE CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

HT

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Tiempo: 12 Horas Escala:

REF. HT - 02 HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Puertas lógicas NAND Pieza 04 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 01 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 01 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS00 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito combinacional con puertas lógicas. Consiste en aplicar los principales axiomas y teoremas del álgebra de Boole para el diseño armado y prueba de un circuito combinacional sencillo que satisfaga una aplicación particular, a partir de ciertas condiciones establecidas y a través de las siguientes fases: • Planteamiento del problema • Obtención de la tabla de verdad • Obtención de la ecuación lógica • Simplificación de la ecuación obtenida • Implantación del circuito original e • Implantación con puertas NAND PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Planteamiento del problema, definición de las condiciones de operación del circuito lógico: “Un número binario de cuatro bits D C B A , donde D, es el bit MSB (Bit más significativo) y A , es el LSB (Bit menos significativo). Diseñe un circuito lógico que produzca una salida de nivel alto siempre que el código binario de entrada sea mayor que 0011 y menor que 1001.”

2do Paso

Obtenga la tabla de verdad en función del enunciado anterior : D C B A S 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1

3er Paso

Obtenga la ecuación lógica de la tabla de verdad No 1utilizando los “1” lógicos, de modo que la ecuación obtenida quede expresada en la forma de sumatoria de productos:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 02 1 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4to Paso

Simplifique la ecuación lógica utilizando los axiomas y teoremas del álgebra de Boole o el mapa de Karnaung:

5to Paso

Implante el circuito lógico en función de la ecuación anterior y complete la figura No 1 VCC= 5V SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

D C

S 1

B 1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

Figura No 1 6to Paso

Implante el circuito con puertas NAND y complete la figura No 2.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 02 2 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES VCC= 5V SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

D C

S 1

B 1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

Figura No 2 7mo Paso

Conecte el circuito de la figura No 2, y verifique las conexiones realizadas.

8vo Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios. Tenga la precaución de no sobrepasar la máxima especificación de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

9no Paso

Utilizando el dip switch aplique a las entradas del circuito D C B A , los códigos consignados en la tabla de verdad No 1, y verifique los estados de salida, éstos deben coincidir con los de dicha tabla.

10mo Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 02 3 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

CIRCUITOS LOGICOS COMBINACIONALES INTRODUCCIÓN En el apartado anterior estudiamos las diferentes compuertas lógicas y las relaciones que éstas tienen con el álgebra de Boole . Ahora es necesario empezar a estudiar las características de diseño y de funcionamiento de circuitos constituidos por combinaciones de las compuertas lógicas ya estudiadas, a estos circuitos se les conoce como circuitos lógicos combinatorios o combinacionales, puesto que el nivel lógico a la salida depende en todo momento de los niveles lógicos de entrada. Un circuito combinacional no posee características de memoria su salida sólo depende del valor que se presenta en sus entradas. En este apartado estudiaremos la forma como realizar circuitos lógicos que cumplan una función determinada a través de las siguientes fases: - Planteamiento del problema y/o elaboración de la tabla de verdad. - Obtención de la ecuación lógica. - Simplificación de la ecuación lógica. - Implantación del circuito lógicos. 1. OBTENCIÓN DE UNA ECUACIÓN LOGICA A PARTIR DE UNA TABLA DE VERDAD Una tabla de verdad representa las condiciones de entrada y salida de un circuito lógico, cuando trabajamos con lógica positiva, son consideradas solamente aquellas condiciones de entrada en las que la salida es un “1” lógico, en cuyo caso las funciones lógicas quedan expresadas en la forma de sumatoria de productos, la expresión lógica así obtenida representa el circuito lógico solución para dicha tabla de verdad, el cual puede además ser sometido a un proceso de simplificación. Por ejemplo dada la siguiente tabla de verdad, obtener la ecuación lógica: A 0 0 0 0 1 1 1 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 1 0 1 0 1 0 1

S 0 1 1 1 0 0 0 0

Puesto que en la tabla de verdad se registran tres entradas A, B, C, el número de posibles de estados de entrada se puede expresar en función de: 2n , donde n representa el número de entradas. (23 = 8) Para expresar la ecuación lógica tomaremos aquellas estados en los que S =1. Por tanto La ecuación lógica será: S = A ⋅ B ⋅ C + A ⋅ B ⋅ C + A ⋅ B ⋅ C La cual representa la sumatoria de los productos de los estados lógicos de las entradas para las cuales el valor de S = 1. Es decir: S=001+010+011

2. SIMPLICACIÓN DE FUNCIONES Y CIRCUITOS LÓGICOS Una vez que se ha obtenido la expresión lógica para un determinado circuito lógico, se procede a la reducción algebraica de la expresión a través de la utilización de los axiomas y teoremas del álgebra de Boole. La nueva expresión lógica simplificada se podrá utilizar para implantar un circuito equivalente al original pero con menos puertas y conexiones. Por ejemplo el circuito lógico de la expresión lógica anterior es el siguiente:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 1 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

A

B

C

CIA 1

2 CIA

7404 CIA 1

2

1 2 13

12 7411

7404 CIA CIA 1

2

1 2 13

C1A 12

1 2 13

12

S

7404 7411

7427

CIA 1 2 13

12

7411

Si simplificamos la expresión anterior utilizando los axiomas del álgebra de Boole tendremos:

S = A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C Utilizando el décimo axioma: A(B + C) = A . B + A . C, tendremos: S = A(B ⋅ C + B ⋅ C + B ⋅ C ) Utilizando el mismo teorema anterior: S = A(B ⋅ C + B(C + C )) Utilizando el octavo axioma A + A = 1 : S = A(B ⋅ C + B(1)) Utilizando el quinto axioma A ⋅1 = A : S = A(B ⋅ C + B ) Utilizando el noveno axioma A + B = B + A: S = A(B + B ⋅ C ) Utilizando el catorceavo axioma A + A ⋅ B = A + B : S = A(B + C ) Por último utilizando el décimo axioma A(B + C) = A . B + A . C , tendremos: S = A⋅ B + A⋅C Por lo que el circuito equivalente será:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 2 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

A B C C1A C2A 1

2

1 3 2 C3A

7404 1

7408

3 2

S

C2B 4

7432 6

5 7408

3. SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES LÓGICAS UTILIZANDO EL MAPA DE KARNAUGH La simplificación de funciones lógicas utilizando el mapa de Karnaugh se realiza a través de los siguientes pasos: 1.- Dibujando el mapa en función al número de variables. a. Cuando se trata de dos variables (A, B) B

B

B

A

A

A

A

B

b. Cuando se trata de tres variables (A, B, C)

C C B

B

B

c. Cuando se trata de cuatro variables (A, B, C, D) C

C B

A B A B D

D

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 3 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2.- Cada cuadrado, de cada una de las figuras geométricas, está definido por la intersección de las variables convergentes. Por ejemplo, en el caso de 4 variables, el cuadrado sombreado está representado y definido por ABCD. C

C A

B

B

A B

D

D

D

3.- Colocar el dígito 1, para cada valor de salida 1 de la función lógica a simplificar, en los recuadros respectivos. 4.- Agrupar los dígitos 1 en la siguiente secuencia (siempre que sean términos adyacentes): • • • • •

Grupos de 16 Octetos Cuadros Pares, o Individualmente

5.- Unir los grupos, para eliminar aquellos que se superponen. 6.- Unir los resultados obtenidos mediante signos +. Ejemplo 1: Dada la siguiente tabla de verdad, obtener la ecuación lógica y simplificarla utilizando el mapa de Karnaugh: A B S 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 f = A⋅ B + A⋅ B + A⋅ B Una vez obtenida la ecuación lógica de la tabla de verdad procedemos a la simplificación: 1º Paso: Desarrollar la función en binario y colocar las variables en orden f = 00 + 10 + 11 = A B + A B + AB

2º Paso: Construir el Mapa de Karnaugh, con 2 variables.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 4 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES B

B

A A

3º Paso: Colocar dígitos 1 por cada sumando de la función lógica obtenida en los recuadros correspondientes. Como f = A B + A B + AB :

B

B

B

A

A A

A

1

1

A

A

1

B

AAB B =

AB =

AB =

B

B

Luego f = A B + A B + AB , graficada en el Mapa de Karnaugh.

A

B

B

1

1

A

1

4º Paso: Agrupar los dígitos 1. En este caso, se hace por pares.

A

B

B

1

1

A

1

5º Paso: Obtener el resultado de los grupos, así: El grupo horizontal está definido por A, en este grupo B queda eliminado por pertenecer B⋅ y⋅B a: El grupo vertical está definido por B, en este grupo A queda eliminado por pertenecer a: A⋅ y ⋅ A Luego el resultado será ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 5 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES f = A+ B Podemos comprobar el resultado anterior efectuando la minimización, mediante los teoremas del Álgebra de Boole. Luego: f = ∑ (0, 2, 3) f = 00 + 10 + 11 f = A B + AB + AB = A B + A ( B + B) f = AB+ A= A+B Ejemplo 2: Minimizar la siguiente función: f = ∑ ( 4, 6, 9, 11, 12,14) f = 0100 + 0110 + 1001 + 1011 + 1100 + 1110 f = A B C D + A B C D + AB C D + A B C D + A B C D + A B C D Como hay 4 variables, se tendrán en cuenta para ubicar los dígitos. Ejemplo: ABCD =

C

ABCD =

C

A

C

C

A

B

B

1 B

B 1

A

A B D

B D

D

D

D

D

Luego, la función graficada y agrupada por pares y/o cuadros en el Mapa de Karnaugh, es:

a sea :

C

C

B

A 1

C

C

B

A

1

1

1

B 1

B

1

1

A

1

A 1 D

1 D

1

B D

D

1 D

B D

La agrupación tomada da como resultado: Grupo de cuatro Grupo horizontal de dos

B D, porque A + A = 1 y C + C = 1 (Se eliminan) ABD porque C + C = 1 (Se elimina)

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 6 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Luego, la función minimizada es: f = A BD + B D 4. IMPLANTACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS: Cuando una ecuación lógica esta expresada en la forma de sumatoria de productos para su implantación se requieren una o mas compuertas AND y una sola compuerta OR. Una de las razones por las que se utiliza la forma de sumatoria de productos es que se puede implantar usando solo puertas NAND . lo que incrementa en casi nada o muy poco la complejidad del circuito en relación con las implantaciones AND / OR . Esta e s una característica importante puesto que las compuertas NAND son el tipo de compuerta más comercial de la familia TTL. A fin de implantar un circuito lógico utilizando puertas NAND, la expresión lógica del mismo debe necesariamente estar expresada en la forma sumatoria de productos, de esta manera la implantación con NAND consiste sólo en reemplazar cada compuerta del circuito original por una compuerta NAND . La única excepción se da cuando la expresión de la forma sumatoria de productos contiene términos con una sola variable como por ejemplo S = A + AB , en este caso la implantación requiere de una compuerta NAND que actué como inversor para el término que posee una sola variable. Por ejemplo sea la función lógica: S = AB + AC El circuito lógico correspondiente a la implantación con puertas lógicas AND OR y NOT y la implantación con puertas NAND se muestran en la figura siguiente: A

B

C

C1A C2A 1

2

1 3 2

C3A 1

7404

3

7408 C2B

2

S

4 6

7432

5 7408

A

B

C U?A 1

U?A 3

1

2

3 2

U?A 1

7400

3

7400 U?A

2

S

1 3

7400

2 7400

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 7 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. SIMBOLOGÍA IEEE 1 2

3

1 2

4 5

6

4 5

6

9 10

8

9 10

8

11

12 13

&

12 13 7408 1 2

1

1

11 7432

2 3

4 5

6

5 6

4

9 10

8

8 9

10

12 13

11

11 12

13

7400

2

3

4

5

6

9

8

11

10

13

12 7404

3

&

1

3

1

1

7402

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 8 / 9 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 6. CUESTIONARIO 1.- Dadas las siguientes ecuaciones lógicas, realizar el circuito lógico correspondiente, utilizando puertas lógicas AND. OR y NOT:

S = A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C S = AB(C + D )

S = ( A + B + C D E ) + BC D

S = MN (P + N )

2.- Dado el circuito de la figura siguiente, obtener la ecuación lógica correspondiente: 1 A 3

B

2

1

7408

3 2

C

4

D

5

6

S

7486

7408

3.- Simplificar las siguientes funciones utilizando el álgebra de Boole:

S = ABC

S = (P + Q )(P + Q ) S = PQ R + PQR + PQ R + PQR + PQR S = ABCD + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABCD

4.- Utilizando el mapa de Karnaugh diseñe un circuito lógico que convierta el código BCD al formato siete segmentos. Investigue respecto a las condiciones “NO IMPORTA “ utilizadas para la simplificación de funciones con mapa de Karnaugh. 5.- Implemente el circuito anterior utilizando puestas lógicas NAND. 6.- Realice la interpretación de la simbología IEEE para puertas lógicas y explique las ventajas en relación a la simbología tradicional.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 02 9 / 9 HOJAS

SW DIP-6

No 01 02

PZA

D7

D6

D5

1

1

1

2

2

2

1

1 2

2

1 2

1

1 2

2

1 2

D8

1

1 2

2,2K x 6

1 2

74LS138

2

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

6 4 5

A B C

Vcc= 5v

330R x 8 2 1

1 2 3

12 11 10 9 8 7

2

1 2 3 4 5 6

D4

D3

D2

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Armar y probar circuitos decodificadores Protoboard. Armar y probar circuito decodificador BCD a Alicate de punta redonda. Fuente DC. 7 segmentos. Multímetro digital. Punta lógica

CANT

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MONTAJE DE CIRCUITOS DECODIFICADORES

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

MATERIAL HT

OBSERVACIONES REF. HT - 03

Tiempo: 12 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN-ESPECIFICACIONES MEDIDA Pieza 01 CI. Decodificador de 2 a 4 Pieza 01 CI. Decodificador de 3 a 8 Pieza 01 CI. Decodifcador BCD a 7 segmentos Pieza 01 Display ánodo común Pieza 06 Resistores 2,2 K ¼ W Pieza 08 Resistores 330 Ω - ¼ W Pieza 01 Dip switch 8 bits Pieza 04 Diodos LED Metros 01 Cable telefónico.

CÓDIGO 74LS139 74LS138 74LS47 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos decodificadores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos decodificadores binarios, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los decodificadores se emplean siempre que es necesario activar una salida o conjunto de ellas cuando se presenta un determinado código en la entrada, estos niveles provienen con frecuencia de un contador binario o un registro. Los decodificadores se emplean con frecuencia en los sistemas de memoria de una computadora, respondiendo a las direcciones provenientes de la unidad de procesamiento central para activar la localidad de memoria señalada por la dirección, denominándose en este caso como decodificador de direcciones. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1.- ARMAR Y PROBAR CIRCUITO DECODIFICADOR DE 2 A 4: 1er Paso

Identificar el CI 74LS139 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas A, B y al terminal de habilitación G (activo en nivel bajo) los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida. Tenga presente que el terminal de entrada B es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 03 1 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES SW DIP-3 1 2 3

2 3 1

6 5 4

A B G

Y0 Y1 Y2 Y3

Vcc= 5v

4 5 6 7

D4

1

1

1

2

2

2

1 2

330R x 4 2 1

1 2

2,2K X 3 2 1

74LS139

D3

D2

D1

Figura No 1 T. Habilitación T. de Entrada G B A X X 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 Tabla de verdad No 1 5to Paso

Y3

T. de Salida Y2 Y1

Y0

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

2.- ARMAR Y PROBAR CIRCUITO DECODIFICADOR DE 3 A 8:

1er Paso

Identificar el CI 74LS138 utilizando el manual ECG o el diagrama anterior, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 2 y revise las conexiones efectuadas.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 03 2 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES SW DIP-6

D7

D6

D5

1

1

1

2

2

2

1

1 2

2

1 2

1

1 2

2

1 2

D8

1

1 2

2,2K x 6

1 2

74LS138

2

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

6 4 5

A B C

Vcc= 5v

330R x 8 2 1

1 2 3

12 11 10 9 8 7

2

1 2 3 4 5 6

D4

D3

D2

D1

Figura No 2 3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas A, B, C y a los terminales de habilitación G21, G2A, G2B los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 2 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida. Tenga presente que el terminal de entrada C es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código.

T. Habilitación G1 G2A G2B X X 0 X 1 X 1 X X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Tabla de verdad No 2 ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

T. de Entrada C B A X X X X X X X X X 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

T. de salida Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

HO

REF HT - 03 3 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5to Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 03 4 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito decodificador BCD a 7 segmentos. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito decodificador BCD a 7 segmentos, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Una gran parte de estos decodificadores utilizan una configuración de 7 segmentos para presentaciones numéricas. Estos dispositivos acompañados de los visualizadores de 7 segmentos son utilizados para la visualización decimal de datos procesados en código BCD, los cuales proviene normalmente de un contador o un registro. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS47 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de funcionamiento. NOTA: El visualizador utilizado debe ser del tipo ánodo común, utilizando un multímetro o el manual ECG identifique sus terminales.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas D, C, B, A, LT y RBI, los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique utilizando un multímetro los niveles lógicos que aparecen en los terminales de salida A,B,C,D,E,F,G Y RBO así como el número visualizado. Anote estos datos en dicha tabla.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 03 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Tenga presente que el terminal de entrada D es el MSB (Bit más significativo) del código BCD de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código. SW DIP-6 1 2 3 4 5 6

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

1 2 4 8 BI/RBO RBI LT

5v

A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

1 1 1 1 1 1 1

2 2 2 2 2 2 2 330R x 7

74LS47 330R

2,2K x 6

1

C

7 1 2 6 4 5 3

A

2

D

B

Vcc = 5v 12 11 10 9 8 7

D1

Figura No 1 ENTRADAS LT RBI D C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 X X X Tabla de verdad No 1 N

5to Paso

B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 X

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 X

BI/RBO

A

B

SALIDAS C D E

F

G

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 03 2 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

CIRCUITOS DECODIFICADORES INTRODUCCIÓN: Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la decodificación, operación que se realiza a través de un CI MSI capaz de convertir un tipo de código en otro. Los circuitos decodificadores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados en el tema anterior. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos decodificadores binarios y de aquellos circuitos decodificadores que convierte el código BCD al l formato 7 segmentos para la visualización decimal o hexadecimal de datos. 1. DECODIFICADORES BINARIOS:

Terminales de Salida

DECODIFICADOR

Terminales de Entrada

Un decodificador es un circuito lógico que posee un número de terminales de entrada por lo general menor al número de terminales de salida. En un circuito decodificador el código de entrada es convertido en la salida en otro tipo de código, además para cada código de entrada existe un código único de salida correspondiente. Los decodificadores presentan por lo general tres tipos de terminales: Terminales de entrada, denotados por lo general con la letra I, o con letras mayúsculas como A, B, C... Terminales de salida, denotados por lo general con la letra On o Yn, donde n representa el número de salida y, Terminales de habilitación o de control de CI, denotados por lo general con la letra G, o la sigla EN (Habilitación).

Terminales de Control o de Habilitación.

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REF HT - 03 1 / 8 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Los decodificadores binarios constituyen el tipo de decodificador más comúnmente usado, este decodificador posee n entradas y 2n salidas por lo que se le conoce como decodificador de n a 2n o como decodificador 1 de 2n . Por ejemplo un decodificador binario que posee cuatro terminales de entrada, tendrá 24 = 16 salidas y se le denominará, decodificador de 4 a 16. Al poseer cuatro entradas binarias, estas cuatro entradas soportarán solamente 24 = 16 códigos binarios diferentes, cada uno de los cuales activará una única salida, debido a ello a este decodificador también se le conocerá como decodificador 1 de 16. A continuación se muestra la tabla de verdad de un circuito decodificador binario de 2 a 4. T. Habilitación EN 0 1 1 1 1

T. de Entrada I1 I0 X X 0 0 1 0 0 1 1 1

T. de Salida O3 O2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

O1 0 0 1 0 0

O0 0 1 0 0 0

Las ecuaciones lógicas: O0 = I1 ⋅ I 0 O1 = I1 ⋅ I 0 O 2 = I1 ⋅ I 0 O3 = I 1 ⋅ I 0

Circuito lógico. C3A C1A

I0

1

2

1 2 13

12

O0

6

O1

8

O2

12

O3

7404 C1 C1B 3 4 5

C3B

I1

3

4

7411 C1C

7404

9 10 11 7411 C2A

EN

1 2 13 7411

El circuito decodificador anterior posee una entrada de habilitación activa en nivel alto, de modo que si el terminal EN se encuentra en nivel bajo todas las salidas estarán inactivas ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

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CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES es decir estarán en nivel bajo sin importar el código que esté presente en las entradas I0 e I1, por el contrario si EN asume un nivel lógico alto el decodificador responderá a los códigos de entrada, es decir; activará con un nivel alto la salida O0 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 0 0; activará con un nivel alto la salida O1 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 0 1; activará con un nivel alto la salida O2 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 1 0; y por último activará con un nivel alto la salida O3 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 1 1. 1.1 Decodificador Dual 74LS139: Es un decodificador binario dual de 2 a 4 (o decodificador 1 de 4), pertenece a la familia lógica TTL, Como la mayoría de los decodificadores comerciales el 74LS139 tiene sus terminales de salida activos en nivel bajo debido a que las compuertas inversoras son más rápidas que las no inversoras. Así mismo su terminal de habilitación es activo en nivel bajo, lo que significa que para que el 74LS139 trabaje normalmente es necesario llevar el terminal de habilitación a nivel bajo, de lo contrario el CI no estará habilitado y sus terminales de salida estarán inactivos es decir en este caso todos estarán en nivel alto. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS139. T. Habilitación G 1 0 0 0 0

T. de Entrada B A X X 0 0 1 0 0 1 1 1

T. de Salida Y2 Y1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1

Y3 1 1 1 1 0

Y0 1 0 1 1 1

Algunos fabricantes en las hojas de datos indican los niveles lógicos utilizando las letras H = 1 y L = 0. C1A 2 3 1

A B G

C1B Y0 Y1 Y2 Y3

4 5 6 7

74S139

14 13 15

A B G

Y0 Y1 Y2 Y3

12 11 10 9

74S139

Es importante hacer notar que el circulo marcado en los terminales de salida y habilitación del CI indican que dichos terminales son activos en nivel bajo. 1.2 Decodificador 74LS138: : Es un decodificador binario de 3 a 8 (o decodificador 1 de 8), pertenece a la familia lógica TTL, Como la mayoría de los decodificadores comerciales el 74LS138 tiene sus terminales de salida activos en nivel bajo. Así mismo posee tres terminales de habilitación de los cuales uno es activo en nivel alto y los otros dos son activos en nivel bajo, lo que significa que para que el 74LS138 trabaje normalmente es necesario llevar sus tres terminales de habilitación a los niveles indicados, de lo contrario el CI no estará habilitado y sus terminales de salida estarán inactivos es decir en este caso todos estarán en nivel alto. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS138.

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REF HT - 03 3 / 8 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

T. Habilitación G1 G2A G2B X X 0 X 1 X 1 X X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1

T. de Entrada C B A X X X X X X X X X 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

T. de salida Y7 Y6 Y5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Y4 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1

Y3 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

Y2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

Y1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

Y0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

C1A

1 2 3

6 4 5

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

A B C

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138

1.3 Decodificadores Binarios en Cascada: Con la finalidad de decodificar palabras de código mayores, es posible utilizar decodificadores binarios múltiples conectados en cascada. Por ejemplo es posible constituir un decodificador de 4 a 16 utilizando dos CI 74LS138 como se muestra a continuación. C1 1 2 3

+V D C B A

6 4 5

A B C G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74S138

C2 1 2 3 C3A 1

+V 2

7404

6 4 5

A B C G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74S138

En la figura anterior se ha conectado los terminales G1 G2A Y G2B de modo que para los ocho primeros códigos de entrada esté habilitado solamente el CI superior y para los ocho siguientes códigos el CI inferior se encuentre habilitado. El terminal G2A constituye la cuarta entrada del nuevo decodificador, al mismo tiempo esta cuarta entrada constituye ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 03 4 / 8 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES el dígito más significativo del código de entrada, el cual es 0 para los primeros ocho códigos de entrada, lo que habilita al CI C1 y a través del negador deshabilita al CI C2. Durante los ocho últimos códigos de entrada, la entrada D vale 1, lo que permite la habilitación del CI C2 a través del negador y la inhabilitación del CI C1. Los terminales de entrada CBA trabajan normalmente según el CI habilitado y según el código presente en los mismos. 2. DECODIFICADORES DE 7 SEGMENTOS: Un decodificador de siete segmentos presenta cuatro entradas para código BCD y siete salidas, las cuales nos permiten desplegar datos decimales utilizando adicionalmente un exhibidor como un display en base a diodos led o uno de cristal líquido en el formato 7 segmentos. Los decodificadores de siete segmentos trabajan asociados con displays del tipo ánodo común cuando las salidas de los mismos son activas en nivel bajo como es el caso de CI 74LS47, así mismo trabajan asociados con displays del tipo cátodo común cuando las salidas de los decodificadores son activas en nivel alto como en el caso del CI 74LS48. Display Decodificador De Siete Segmentos

Decodificador de Siete Segmentos 74LS47: Es un CI decodificador de siete segmentos, acepta seis entradas, cuatro de éstas (DCBA) representan un número binario de cuatro bits entre 0 y 15. Los números binarios entre 0 y 9 generan un despliegue que es el número decimal correspondiente al número, las seis combinaciones de entrada restantes generan símbolos que se pueden utilizar para llevar varios tipos de información por ejemplo sobreflujo. Las salidas (abcdefg) son activas en nivel bajo como se indica en el símbolo lógico y están diseñadas para excitar ya sea leds o lámparas incandescentes, puesto que son salidas de colector abierto. Además este CI posee algunos terminales adicionales como: -LT = Lamp Test (Si LT = 0, provoca que todos los segmentos se enciendan a modo de prueba) -RBI = Ripple Blanking Input (Si RBI = 0, provoca que todos los segmentos se apaguen, puede ser utilizada para modular la brillantes del despliegue) -BI/RBO = Blanking Input / Ripple Blanking Output (Terminal de salida indicador del estado provocado por el terminal RBI al ser puesto éste en nivel bajo). A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS47

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CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 BI RBI LT

ENTRADAS LT RBI D C B 0 0 0 1 1 0 0 0 X 1 0 0 1 X 1 0 0 1 X 1 0 1 0 X 1 0 1 0 X 1 0 1 1 X 1 0 1 1 X 1 1 0 0 X 1 1 0 0 X 1 1 0 1 X 1 1 0 1 X 1 1 1 0 X 1 1 1 0 X 1 1 1 1 X 1 1 1 1 X 1 X X X X X 1 0 0 0 0 0 X X X X

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X 0 X

BI/RBO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

a 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0

SALIDAS c d e 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0

b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0

f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0

g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0

C1 7 1 2 6 4 5 3

A B C D BI/RBO RBI LT

13 12 11 10 9 15 14

a b c d e f g

7447

A continuación se muestran los caracteres visualizados para cada código de entrada:

0

10

1

11

2

12

3 ...................

13

14

9

15

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REF HT - 03 6 / 8 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS DECODIFICADORES: Los circuitos decodificadores se emplean siempre que es necesario activar una salida o grupo de éstas cuando se presenta una combinación específica de niveles de entrada. Estos niveles son proporcionados con frecuencia por un contador o un registro. Cuando las entradas del decodificador provienen de un contador al que llegan pulsos de manera continua, las salidas del decodificador binario se activan en forma secuencial y pueden ser empleadas para temporización o para la activación secuencial de dispositivos. Los decodificadores también son ampliamente empleados en sistemas de memoria, respondiendo a la dirección proveniente de la unidad de procesamiento central para activar o habilitar la dirección de memoria enviada, conociéndosele en este caso como decodificador de direcciones. Otra área de aplicación para los decodificadores es la conversión de datos binarios a una forma de presentación más adecuada en dispositivos de visualización ya sea en decimal o en hexadecimal. 4. SIMBOLOGIA IEEE: A continuación se muestra el símbolo lógico de los circuitos decodificadores estudiados en esta parte del manual utilizando la simbología IEEE: 1 2 3 6 4 5

BIN/OCT 1 2 4 & EN

0 1 2 3 4 5 6 7

15 14 13 12 11 10 9 7

BIN/7-SEG [T1]

4

1

74ALS138 5

G21

&

3 2 3 1

X/Y 1 2 EN

14 13 15

4 5 6 7 12 11 10 9

74ALS139

CT=0 V20

7 1 2 6

1 2 4 8

a20,21 b20,21 c20,21 d20,21 e20,21 f20,21 g20,21

13 12 11 10 9 15 14

7447

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REF HT - 03 7 / 8 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. CUESTIONARIO: 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un decodificador de 3 a 8, cuyas salidas sean activas en nivel alto y que posea además un terminal de habilitación EN activo en nivel bajo. 2.- Utilizando CI 74LS139, 74LS138 grafique el circuito de un decodificador 1 de 64. 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta a los CI empleados en esta parte del manual. 4.- Investigue respecto a la implementación de un circuito para manejar un display LCD.

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REF HT - 03 8 / 8 HOJAS

Vcc = 5v SW DIP-2 1 2

4 3

1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-8

1

EO

1 2

1

1

2

15

330R x 4

EI

14

1

GS

9 7 6

74LS148 D4

D3

D2

D1

2

2

2

2

2

2

2

2

A0 A1 A2

2

5

0 1 2 3 4 5 6 7

2

10 11 12 13 1 2 3 4 1

1

I1

1

1

I3

1

1

I5

1

1 2

2,2K x10 2 1

I7

I6

I4

I2

I0

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos codificadores.

CANT

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MONTAJE DE CIRCUITOS CODIFICADORES

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

MATERIAL OBSERVACIONES HT REF. HT - 04 Tiempo: 9 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Codificador de 8 a 3 Pieza 10 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 04 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 01 Dip switch de 2 bits Pieza 04 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS148 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos codificadores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos codificadores binarios, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los codificadores son normalmente utilizados en circuitos de entrada para teclados, así mismo, se usan siempre que se requiere la conversión de un tipo de código en otro. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS148 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas I7....I0 y a los terminales de habilitación EI (Enable Input) y EO (Enable Output) los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida A2, A1, A0 y GS. NOTA :Tenga presente que el terminal de entrada I7 es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada I1 es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código. Así mismo observe que los terminales de salida GS, A2, A1 y A0 son activos en nivel bajo, al igual que los terminales de entrada I7....I0.

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REF HT - 04 HO 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Vcc = 5v SW DIP-2 1 2

4 3

1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-8

1

1 2

1

1

2

15

330R x 4

EO

14

1

GS

9 7 6

74LS148 D4

D3

D2

D1

2

2

2

2

2

2

2

2

EI

A0 A1 A2

2

5

0 1 2 3 4 5 6 7

2

10 11 12 13 1 2 3 4 1

1

I1

1

1

I3

1

1

I5

1

1 2

2,2K x10 2 1

I7

I6

I4

I2

I0

Figura No 1 T.Habilitación EI EO I0 I1 X X 1 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 0 X 0 1 0 0 1 1 0 Tabla de verdad No 1

I2 X X X X X X 0 1 1 1

T. Entrada I3 I4 X X X X X X X X 0 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

I5 X X X 0 1 1 1 1 1 1

I6 X X 0 1 1 1 1 1 1 1

I7 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1

A2

T. Salida A1 A0 GS

5TO Paso

Verifique que el CI 74LS148 es un codificador de prioridad activando más de dos entradas a la vez, debiendo activarse a la salida el código correspondiente a la mayor de las entradas activadas.

660 Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

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REF HT - 04 HO 2 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

CIRCUITOS CODIFICADORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la codificación, operación contraria a la decodificación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de convertir un tipo de código en otro. Los circuitos codificadores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos codificadores. 1. CODIFICADORES

I0 I1 . . . . . . . . . I9

CODIFICADOR

Los codificadores son sistemas combinacionales que transforman un conjunto de señales sin codificar en un conjunto que responda a un determinado código. Un circuito codificador por lo general tiene mayor número de terminales de entradas que de salida. Por ejemplo si se dispone de 10 señales que representan los números del sistema decimal, un codificador puede encargarse de convertir a código BCD cada una de las 10 señales que en este caso constituirían entradas. Por lo general un codificador tiene 2n entradas ( o talvez menos) y n salidas, los terminales de salida generan un código de salida para cada una de las 2n entradas.

D C B A

Tabla de verdad de un codificador de decimal a BCD. ENTRADAS Número I0 I1 I2 I3

3

D(2 ) 0 0 0 0

SALIDAS C(22) B(21) 0 0 0 0 1 0 1 0

A(20) 0 1 0 1

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REF HT - 04 1 / 5 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES I4 I5 I6 I7 I8 I9

0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

1 1 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1

Las ecuaciones lógicas obtenidas de la tabla de verdad anterior son: D = I8 + I9 C = I4 + I5 + I6 + I7 B = I2 + I3 + I6 + I7 A = I1 + I3 + I5 + I7 + I9 Para la implementación del circuito se han utilizado puertas NOR con las salidas negadas equivalente a 3 puertas OR de 5 entradas cada una así como una puerta OR de dos entradas.

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9

1 2 3 12 13

1

2

A

4

B

6

C

7404 P1B 6

P1B 3

74S260

7404

P2A

P1C 5

4 8 9 10 11

P1A 5

1 P1A 2 3 12 13 74S260

74S260

5

7404

P1A 1 3 2

D

7432

Codificadores de Prioridad: Un codificador tiene varias líneas de entrada, sólo una de las cuales se activa en un momento dado y produce un código de salida de N bits que corresponde a la entrada activada. Un codificador de prioridad incluye la lógica necesaria para asegurar que cuando dos o más entradas sean activadas al mismo tiempo, el código de salida corresponda a la mayor de las entradas. Por ejemplo si en un codificador de prioridad se activan simultáneamente las entradas 7 y 8, el código de salida será el correspondiente al número 8 (1000) Codificador de prioridad 74LS148: El CI 74LS148 es un codificador de prioridad MSI de ocho entradas activas en nivel bajo y tres salidas igualmente activas en nivel bajo. Además de sus entradas y salidas este ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 04 2 / 5 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES CI posee un terminal de habilitación EI (Habilitación de Entrada), el cual debe estar activado para que cualquiera de sus salidas esté activada, GS (Habilitación de grupo) terminal de salida que se activa cuando el dispositivo está habilitado y una o más de sus entradas de petición está activada, la señal de salida EO (Habilitación de salida), diseñada para ser conectada a la entrada EI de otro 74LS148, EO se activa si EI está activada, pero no lo está ninguna petición de entrada, por lo tanto puede habilitarse el CI de más baja prioridad. En la figura siguiente se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS148 T.Habilitación EI EO 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 10 11 12 13 1 2 3 4

5

0 1 2 3 4 5 6 7

EI

I0 X X X X X X X X 0 1

A0 A1 A2

GS

EO

I1 X X X X X X X 0 1 1

I2 X X X X X X 0 1 1 1

T. Entrada I3 I4 X X X X X X X X 0 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

I5 X X X 0 1 1 1 1 1 1

I6 X X 0 1 1 1 1 1 1 1

I7 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1

A2 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1

T. Salida A1 A0 GS 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1

9 7 6

14

15

74LS148

2. AMPLIACIÓN DE CIRCUITOS CODIFICADORES El circuito siguiente muestra la forma como debe conectarse dos CI 74LS148 para conformar un codificador de 16 a 4. La lógica adicional se encarga de proporcionar cuatro salidas binarias activas en nivel alto, el terminal GS de C2 se utiliza como la salida mas significativa del código binario de salida. Los codificadores son normalmente utilizados en circuitos de entrada para teclados, así mismo, se usan siempre que se requiere la conversión de un tipo de código en otro.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 04 3 / 5 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES C4A 1

2

A3

C1

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

10 11 12 13 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7

A0 A1 A2 GS

9 7 6

1

14

2

74LS04 C3A

3

A2

6

A1

8

A0

11

GS

74LS00 C3B

EI

EO

15

4 5

74LS148

74LS00

C2

I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15

10 11 12 13 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7

A0 A1 A2 GS

9 7 6

C3C 9 10

14 74LS00 C3D

EI

EO

15

12 13

74LS148

74LS00

3. SIMBOLOGÍA IEEE

HPRI/BIN 10 11 12 13 1 2 3 4

0/Z10 1/Z11 2/Z12 3/Z13 4/Z14 5/Z15 6/Z16 7/Z17 V18

5

ENa

1011121314151617-

1

18 a

1a 2a 4a

15 14

9 7 6

74LS148

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 04 4 / 5 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un codificador de 16 a 4 cuyas entradas y salidas sean activas en nivel alto, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando 4 CI’s 74LS148 grafique el circuito de un codificador de 32 a 5. 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS148. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI codificador de prioridad 74LS147.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 04 5 / 5 HOJAS

Vcc = 5v SW DIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-4

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos multiplexores.

CANT

2,2K x 12

W

5

A B C G

2

1

Y

6

D1

330R x 2

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

2

11 10 9 7

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

2

1

4 3 2 1 15 14 13 12

8 7 6 5

1

1 2 3 4

D2

74LS151

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MONTAJE DE CIRCUITO MULTIPLEXOR

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

MATERIAL OBSERVACIONES HT REF. HT - 05 Tiempo: 12 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Multiplexor Pieza 12 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 02 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 02 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS151 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos multiplexores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos multiplexores, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los multiplexores se emplean por lo general cuando es necesario transmitir datos desde varias fuentes a un destino determinado. Los multiplexores son utilizados también para la conversión de datos del formato paralelo al serial, cuando se desea transmitir información a distancias considerables. Así mismo es posible también generar determinadas funciones lógicas utilizando circuito multiplexores en lugar de utilizar puertas lógicas. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS151, utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos utilizados en el circuito y comprobe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y verifique las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas D7....D0, al terminal de habilitación G, y a los terminales de selección C, B, A los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote las información presente en los terminales de salida. NOTA : Este circuito multiplexor presenta dos salidas Y y W, siendo W el complemento de la salida Y. Así mismo observe que el terminal de habilitación G es activo en nivel bajo, y que el terminal de selección C es el

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 05 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES MSB del código de selección y el terminal de selección A es el LSB del mismo código. Vcc = 5v SW DIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-4

2,2K x 12

5

A B C G

D1

330R x 2

Y

6

1

W

2

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

2

11 10 9 7

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

2

1

4 3 2 1 15 14 13 12

8 7 6 5

1

1 2 3 4

D2

74LS151

Figura No 1 T.Habilitación T.Selección T. Entrada de Datos T. Sal. G C B A D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y X X X X X X X X X X X 1 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 0 o Tabla de verdad N 1 NOTA: En la tabla de verdad No 1 la nomenclatura I0, I1, ......, I7, corresponde a la información presente en los terminales de entrada de datos la cual, puede ser un “1” o un “0” lógico. Anote en la columna Y cual de todas las señales de entrada aparece en la salida. Para cada código de selección. 5to Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT - 05 HO

2/2

HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

CIRCUITOS MULTIPLEXORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la multiplexación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de seleccionar digitalmente de un conjunto de señales de entrada una que aparezca en la salida en un momento dado. Los circuitos multiplexores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos multiplexores. 1. MULTIPLEXORES Los multiplexores son sistemas combinacionales que aceptan varias entradas de datos y permite la salida de sólo una de ellas, llamándoseles por ello también selectores de datos. Los multiplexores poseen por lo general cuatro tipos de terminales; terminales de entrada, terminales de salida, terminales de selección y terminales de habilitación. Los terminales de selección controlan la dirección deseada de los datos presentes en lo terminales de entrada, llamándoseles también terminales de dirección. La figura siguiente muestra el diagrama funcional de un multiplexor general (MUX). Las flechas grandes señalan las entradas y salidas que pueden estar conformadas por una o más líneas de señal o bits. I0 I1 T. Salida Z

In-1

EN T. Selección Los circuitos multiplexores actúan como interruptores de posiciones múltiples controlado digitalmente, donde el código digital aplicado en los terminales de selección, controla que entrada de datos será trasladada hacia la salida. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 1 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Un multiplexor selecciona una de n fuentes de datos de entrada y transmite los datos seleccionados a un solo canal de salida, lo que se denomina multiplexación. Multiplexor básico de dos entradas: La figura siguiente muestra el circuito lógica de un multiplexor de dos entradas, I0 e I1 y un terminal de selección S. El nivel lógico que se aplica a la entrada S determina qué compuerta AND se habilita de forma que su entrada de datos atraviese la compuerta OR hacia la salida Z. 3

1

I1

2

3

1 74LS08

2

I0 2

1

6

4

Z

74LS32

5 74LS08

74LS04

S

Observando esto desde otro punto de vista, la expresión booleana de la salida será: Z = I0 S + I1S Con S = 0, esta expresión se convierte en: Z = I0 . 1 + I1 . 0 = I0 Lo cual indica que Z será idéntica a la señal de entrada I0, lo que puede ser un nivel lógico fijo o bien, una señal lógica que varía con el tiempo. Con S = 1, la expresión se convierte en : Z = I0 . 0 + I1 . 1 = I1 Lo cual muestra que la salida Z será idéntica a la señal de entrada I1. Multiplexor de cuatro entradas: La figura siguiente muestra un MUX de cuatro entradas una salida, las cuatro entradas de este multiplexor se transmiten en forma selectiva a la salida en función a los niveles lógicos aplicados en los terminales de selección S1 S0. Cada terminal de entrada de datos es accesible con una combinación diferente de niveles de entrada de selección, según se muestra en la tabla adjunta. SI 0 0 1 1

S0 0 1 0 1

Z I0 I1 I2 I3

Las familias lógicas TTL y CMOS disponen regularmente de multiplexores de dos, cuatro, ocho y dieciséis entradas. La combinación de estos CI básicos multiplexa gran número de terminales de entradas. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 2 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES C1A 1 2 13

I0

12

74LS11 C1B 3 4 5

I1

6 2 3

74LS11

1

4 5

C1C 9 10 11

I2

Z

8

74LS11 C2A 1 2 13

I3

12

74LS11

2 74LS04

74LS04

2

1

1

S1

S0

Multiplexor de ocho entradas: El CI 74LS151 es un multiplexor de 8 a 1, es decir posee 8 terminales de entrada y uno de salida (normal e invertida), además tiene una entrada de habilitación, G. Cuando G = 0, las entradas de selección C, B, A seleccionarán una entrada de datos (desde D0 hasta D7) para pasar hacia la salida Z. Cuando G = 1, el multiplexor es deshabilitado de manera que Z = 0 independientemente del código de entrada de selección. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74 LS 151. T.Habilitación G 1 0 0 0 0 0 0 0 0

T.Selección T. Entrada de Datos T. Sal. C B A D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y 0 X X X X X X X X X X X I0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 I1 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 I2 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 I3 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 I4 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 I5 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 I6 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 I7 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 3 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

A B C G

74LS151

2. AMPLIACIÓN DE CIRCUITOS MULTIPLEXORES Mediante la utilización de varios CI’s 74LS151, es posible conseguir multiplexar un mayor número de entradas. Por ejemplo el circuito siguiente tiene un total de 16 entradas de datos , ocho aplicadas a cada multiplexor. Las dos salidas del multiplexor se combinan en una compuerta OR para producir una sola salida Z. El circuito funciona como un multiplexor de 16 entradas. Las cuatro entradas de selección D, C, B, A seleccionarán una de las 16 entradas para dirigirse hacia Z. La entrada D determina que multiplexor se habilita. Cuando D = 0, se habilita el de la parte superior, y las entradas C, B, A determinan cuáles de sus entradas de datos figurarán en su salida y atravesarán la compuerta OR para llegar a Z. Cuando D = 1, el multiplexor de la parte inferior es habilitado y las entradas C, B, A seleccionan una de sus entradas de datos para pasar hacia la salida Z. 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

1

A B C G

3 2

Z

74LS32

74LS151

4 3 2 1 15 14 13 12

D C B A

11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

A B C G 74LS151

1

2

74LS04

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 4 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

3. APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS MULTIPLEXORES Los circuitos multiplexores encuentran numerosas y variadas aplicaciones en sistemas digitales, entre las más importantes podemos destacar : Selección y dirección de datos, es decir los multiplexores pueden dirigir los datos desde una de varias fuentes hasta un destino, una aplicación común consiste en utilizar un multiplexor para visualizar los datos provenientes de dos contadores pero a través de un solo visualizador. Conversión paralelo serial, cuando es necesario transmitir datos a distancias considerables Generación de funciones lógicas, mediante la utilización de circuitos multiplexores MSI en lugar de utilizar puertas lógicas. 4. SIMBOLOGÍA IEEE: 7 11 10 9 4 3 2 1 15 14 13 12

MUX EN 0} G 2 0 1 2 3 4 5 6 7

0 7 5 6

74LS151 15 1 2 3

EN G1

1 1

MUX

4

5 6

7

11 10

9

14 13

12

74LS157

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 5 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un multiplexor de 8 a 1, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando 4 CI’s 74LS151 grafique el circuito de un multiplexor de 32 a 1. 3.- Utilizando un multiplexor 74 LS151, realice las conexiones necesarias para realizar la siguiente función lógica: S = A.B.C + A’. B. C’ 4.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS151. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI multiplexor 74LS 157.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 6 / 6 HOJAS

Vcc = 5v SW DIP-3

1

1

1

G1 G2A G2B

1

6 4 5

15 14 13 12 11 10 9 7

1

5v

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

A B C

1

2,2K x 3

6 5 4

1

1 2 3

1 2

1 2

2

1

1 2 3

74LS138 2

2

2

2

2

2

2

2

330R x 8 ENTRADA DE INF. (I)

D8

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos demultiplexores.

CANT

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MONTAJE DE CIRCUITO DEMULTIPLEXOR

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

MATERIAL OBSERVACIONES HT REF. HT - 06 Tiempo: 12 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Demultiplexor Pieza 03 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 08 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 08 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS138 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos demultiplexores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos demultiplexores, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los demultiplexores se emplean por lo general cuando es necesario transmitir datos desde una fuente determinada a varios destinos posibles. Los demultiplexores son utilizados también para la conversión de datos del formato serial al paralelo, cuando se desea procesar la información recibida en formato serial. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS138, utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos utilizados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y verifique las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Aplique un tren de pulsos de 5 Vpp y de baja frecuencia conectando un generador de señal entre el terminal de entrada de información (I) y tierra.

5to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de selección C, B, A los códigos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote a través de que salida aparece la información aplicada en el terminal de entrada. NOTA : Este circuito Decodificador/Demultiplexor utiliza como entrada de señal uno de sus terminales de habilitación activo en nivel bajo (G2A). Así

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 06 HO 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES mismo observe que el terminal C de selección es el MSB del código de selección y el terminal A es el LSB del mismo código. Vcc = 5v SW DIP-3

1

1

1

G1 G2A G2B

1

6 4 5

15 14 13 12 11 10 9 7

1

5v

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

A B C

1

2,2K x 3

6 5 4

1

1 2 3

1 2

1 2

2

1

1 2 3

74LS138 2

2

2

2

2

2

2

2

330R x 8 ENTRADA DE INF. (I)

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

Figura No 1 T.Habil.

T.Selección C B A 0 0 0 0 1 I 1 0 0 0 1 I 0 1 0 0 1 I 1 1 0 0 1 I 0 0 1 0 1 I 1 0 1 0 1 I 0 1 1 0 1 I 1 1 1 0 1 I o Tabla de verdad N 1 G1 G2A

G2B(I)

Y0

Y1

T. Salida de Datos Y2 Y3 Y4 Y5 Y6

Y7

NOTA: En la tabla de verdad No 1 la nomenclatura I, corresponde a la información presente en el terminal de entrada de datos, el cual es un tren de pulsos de baja frecuencia. Anote en la columna Y, el terminal de salida a través del cual aparece la información de entrada. 5to Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 06 HO 2 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

CIRCUITOS DEMULTIPLEXORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la demultiplexación, operación contraria a la multiplexación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de seleccionar digitalmente de un conjunto de salidas, una a través de la cual aparezca la información de entrada en un momento dado. Los circuitos demultiplexores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos demultiplexores. 1. DEMULTIPLEXORES Un multiplexor toma varias entradas y transmite una de ellas a la salida. Un demultiplexor efectúa la operación contraria, toma una sola entrada y la distribuye en varias salidas. La figura 8 muestra el diagrama general de un demultiplexor (DEMUX). Las flechas grandes corresponden a las entradas y salidas y pueden representar una o más líneas o bits. El código de entrada en los terminales de selección determina hacia qué salida se transmitirán los datos presentes en los terminales de entrada. En otras palabras, el demultiplexor toma una fuente de datos de entrada y la distribuye selectivamente a uno de n canales de salida, igual que un interruptor de múltiples posiciones. O0

Entrada de DATOS

O1 O2

On-1

T. de Selección

Demultiplexor de 1 a 8: Como se muestra en la figura siguiente, la única línea de entrada de datos se conecta a las ocho compuertas AND, pero sólo una de estas ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 06 1 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES compuertas será habilitada por los niveles lógicos presentes en los terminales de selección. Por ejemplo, con C, B, A = 000, solamente la compuerta AND 0 será habilitada y la entrada de datos I aparecerá en la salida O0. Otros códigos de SELECCIÓN ocasionan que la entrada I llegue a las otras salidas. La tabla de verdad resume la operación. 2 1 3

O0

5

O1

3

O2

5

O3

3

O4

5

O5

3

O6

5

O7

13 12 10 9 7 6 2 1 1

C

13 12

2

10 9

74LS04

7 6 3

B

2 1

4

13 12

74LS04

10 9

5

A

6 7 6

74LS04

2 1 13 12 10 9 7 6

I I= Dato de Entrada

T. de Selección C B A 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

Salidas O7 0 0 0 0 0 0 0 I

O6 0 0 0 0 0 0 I 0

O5 0 0 0 0 0 I 0 0

O4 0 0 0 0 I 0 0 0

O3 0 0 0 I 0 0 0 0

O2 0 0 I 0 0 0 0 0

O1 0 I 0 0 0 0 0 0

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

O0 I 0 0 0 0 0 0 0

REF HT - 06 2 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Circuito Demultiplexor 74LS138: El circuito demultiplexor de la figura siguiente es muy similar al circuito decodificador de 3 a 8 líneas, excepto que se ha agregado una cuarta entrada (I) a cada compuerta. Muchos decodificadores en CI tienen una entrada de habilitación que es una entrada extra que se añade a las compuertas del decodificador. Este tipo de CI decodificador puede usarse por tanto como demultiplexor, con las entradas de código binario, las cuales sirven como terminales de selección; y la entrada de habilitación que sirve como la entrada de datos I. Por esta razón, este tipo de dispositivo también es denominado decodificador/demultiplexor, y se puede usar para desempeñar una u otra función. La entrada de habilitación G2B se usa como la entrada de datos I, en tanto que las otras dos entradas de habilitación se mantienen en sus niveles activos. Las entradas C, B, A sirven como código de selección. Para ilustrar la operación supongamos que las entradas de selección son 000. Con este código de entrada, la única salida que puede activarse es O0, tanto que todas las otras salidas son ALTAS. O0 pasará a BAJA sólo si E1 cambia a BAJA y será ALTA si E1 cambia a ALTA. Dicho de otra manera, O0 seguirá la señal en E1 (es decir, la entrada de datos, I) mientras todas las otras salidas permanecerán ALTAS. 1 2 3

A B C

5v 6 4 5

G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138

ENTRADA DE INF. (I)

2. APLICACIONES DE LOS DEMULTIPLEXORES Muchas aplicaciones del principio de la demultiplexación son posibles: Por ejemplo los demultiplexores de reloj son utilizados para enviar la señal de reloj a diversos puntos en un sistema digital. Los demultiplexores se emplean también cuando es necesario transmitir datos desde una fuente determinada a varios destinos posibles. Así mismo los demultiplexores son utilizados para la conversión de datos del formato serial al paralelo, cuando se desea procesar la información recibida en formato serial. 3. SIMBOLOGÍA IEEE 1 2 3 6 4 5

BIN/OCT 1 2 4 & EN

0 1 2 3 4 5 6 7

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 06 3 / 4 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un demultiplexor codificador de 16 a 4 cuyas entradas y salidas sean activas en nivel alto, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando CI’s 74LS138 grafique el circuito de un demultiplexor de 1 a 16 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS138 y 74 LS151. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI demultiplexor 74LS157.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT

REF HT - 06 4 / 4 HOJAS

SW DIP-4 1 2 3 4

Vcc = 5v 8 7 6 5

SW DIP-4

No 01 02 03 04 05

PZA

1

1

1

1

1

1

1

ABo

7 6 5

D1

D2

330R x 3

1 2

2

2

1

A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 ABi

D3

2

2

2

2

2

2

74LS85 2

2,2K x 8 2 1

5v

10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4

8 7 6 5

1

1 2 3 4

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos sumador completo. Armar y probar circuito de complemento a dos. Armar y probar circuito sumador/restador. Armar y probar circuito comparador. Comprobar funcionamiento de circuito de ALU.

CANT

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

MATERIAL

MONTAJE DE CIRCUITOS DE APLICACIONES HT MATEMÁTICAS

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

OBSERVACIONES REF. HT - 07

Tiempo: 21 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 01 CI. Puertas XOR Pieza 02 CI. Puertas AND Pieza 01 CI. Puertas OR Pieza 01 CI. Puertas OR tres entradas Pieza 01 CI. Puertas NOT Pieza 01 CI. Sumador Pieza 01 CI. Comparador Pieza 01 CI. ALU Pieza 14 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 13 Resistores de 330R ¼ W Pieza 03 Dip switch de 4 bits Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 13 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS86 74LS08 74LS32 74LS27 74LS04 74LS83 74LS85 74LS181 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito sumador completo. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar la suma binaria de tres bits (A, B y Cent), con el fin de comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito sumador completo, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito integrados sumadores binarios que pueden sumar datos de diferentes longitudes de palabra. Los circuitos sumadores de un bit constituyen el fundamento de los circuitos sumadores binarios los cuales son elementos importantes utilizados frecuentemente en equipos capaces de realizar cálculos aritméticos (suma, resta, multiplicación y división), como las calculadoras electrónicas y los ordenadores. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar los dispositivos utilizados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso

Conectar el circuito de la figura No 1 y verificar las conexiones efectuadas. Vcc = 5v SW DIP-3 1 2 3

6 5 4

A B

4 1

6 3

Cent

S

5

2 74LS86

1

3 2 74LS08 6 5 74LS08

1 2 13

Csal

12

74LS27 2

9 8

330R x 2

D3

2

D2

1

4 D1

1

2

1 330R x 3

1 2

1 2

1 2

1 2

2,2K x 3 2 1

74LS86

10 D4

74LS08

D5

Figura No 1 3do Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 07 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a los terminales de entrada A, B, Cent, los niveles lógicos consignados en la tabla No 1 y verifique y anote los niveles lógicos que aparecen en los terminales de entrada S y Csal. NOTA: Los niveles lógicos obtenidos en la salida deben corresponder a la suma binaria de los bits de entrada. T.Entrada T.Salida A B Cent S Csal 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1

5to Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 07 2 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito de complemento a dos. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar una resta binaria, lo que equivale a una suma en complemento a dos, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito que trabaja con datos complementados a dos, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito aritméticos digitales más complejos. Los circuitos aritméticos que trabajan con datos complementados a dos son ampliamente utilizados en calculadoras electrónicas, ordenadores y sistemas electrónicos que utilizan este sistema a fin de realizar además de adiciones, sustracciones entre datos binarios, esto facilita la realización de operaciones aritméticas como la multiplicación y la división. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identifique los CI utilizados en el circuito empleando el manual ECG. Identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas. Vcc = 5v SW DIP-3 1 2 3

6 5 4

1 3

A

2

B

74LS86 1 3 1

2

1

Bsal

2

3 2 74LS08 74LS32 4

1

5

Bent

74LS86

4

2,2K x 3

5

2

3

2

6

1

1

1

4

D1

74LS08

330R x 2

D

6

1

74LS04

D2

2

2

2

74LS04

Figura N0 1 3do Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a las entradas A, B y Bent (Préstamo de entrada) los niveles consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 07 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES anote los niveles lógicos que aparecen en las salidas D (A – B) y Bsal (Préstamo de salida). Entradas A B Bent 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1 5to Paso

Salidas D Bsal

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 07 2 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito sumador/restador. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar operaciones de suma y resta equivalente a una suma en complemento a dos, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito sumador paralelo que trabaja con datos complementados a dos, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito aritméticos digitales más complejos. Los circuitos aritméticos son ampliamente utilizados en calculadoras electrónicas, ordenadores y sistemas electrónicos, las cuales utilizan el sistema de complemento a dos a fin de realizar sustracciones y representar números negativos, esto facilita la realización de operaciones aritméticas más complejas. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS83 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación. Identificar también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3do Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a la entrada de dato A(A4 A3 A2 A1), a la entrada de dato B(B4 B3 B2 B1) y a la entrada C0(Acarreo de entrada) los datos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote el dato que aparece en las salida C4(Acarreo de salida) y en la salida S(S4 S3 S2 S1). NOTA: El dato de salida debe coincidir con la suma binaria de los datos A y B si ADD tiene nivel alto y SUB tiene nivel bajo; o debe coincidir con la

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT – 07 1 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES diferencia menos B si el terminal ADD tiene nivel bajo y el terminal SUB tiene nivel alto. Vcc = 5v SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

1 3 2

B1

1 1

1

2

74LS08

B1

3

3

B1

6

B2

8

B3

11

B4

2

2 74LS32 4

74LS08 6

74LS04 5

B2

4 4

3

4

74LS08

B2

6

5

5 74LS32 9

74LS08 8

74LS04 10

B3

9 9

5

6

74LS08

B3

8

10

10 74LS32 12

74LS08 11

74LS04 13

12

2,2K x 4

1

9

2

1 2

1

12

2

2

1

B4 8

74LS08

B4

11

13

13 74LS32 74LS08

74LS04

ADD

SUB(C0)

Vcc = 5v SW DIP-4

C0

C4

1

1

2

2

330R x 5

1

B1 B2 B3 B4

2

9 6 2 15 1

S1 S2 S3 S4

2

2,2K x 4

13

A1 A2 A3 A4

1

11 7 4 16

1 2

1 2

1 2

2

1

10 8 3 1

8 7 6 5

2

1 2 3 4

14 D5 D4 D3 D2 D1

74LS83

SUB(C0)

Figura No 1

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT – 07 2 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Cent Suma/Resta Dato de entrada A C0 SUB ADD A4 A3 A2 A1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 o Tabla de verdad N 1 5to Paso

Dato de entrada B B4 B3 B2 B1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

Csal Dato de Salida S C4 S3 S3 S2 S1

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT – 07 3 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito comparador. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar la comparación entre dos datos binarios y proporcionar información respecto a cuando el dato A es mayor que el dato B, cuando ambos datos son iguales y cuando el dato A es menor que el dato B, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito comparador de cuatro bits. La comparación de dos palabras binarias es una operación común en los sistemas de computadoras e interfaces de dispositivos. Los circuitos comparadores permiten la toma de decisiones en circuitos electrónicos cuyo funcionamiento esta supeditado al ingreso de un código que será comparado con un dato interno. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS85 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación. Identificar también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3do Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a las entradas A (A3 A2 A1 A0) Y B (B3 B2 B1 B0) los datos binarios de cuatro bits consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos que aparecen en las salidas A>B, A=B y AB A=B ABo A=Bo ABi A=Bi A