EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº1

Compuertas lógicas en un PLD.

Instituto Tecnológico de Apizaco. García Hernández, Michel Fernando. Compuertas lógicas en un PLD

I.OBJETIVOS

En esta práctica fue realizada para un mejor conocimiento del funcionamiento y comportamiento de las compuertas al aplicar una señal de entrada.

Se aprendió a utilizar un software llamado Proteus para la simulación del circuito Al igual que otro software llamado SUPERPRO para la programación de éste.

II. INTRODUCCIÓN

Las puertas lógicas son circuitos electrónicos capaces de realizar operaciones lógicas básicas Las compuertas pueden ser lógicas directas y lógicas negadas.

Cada compuerta tiene un símbolo grafico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones de entrada – salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad con “1” y ”0.

III. COMPUERTAS EN EL CIRCUITO

A. Compuerta inversora (Not)

El circuito NOT es un inversor que invierte el nivel lógico de una señal binaria. Produce el NOT, o función complementaria. El símbolo algebraico utilizado para el complemento es una barra sobre el símbolo de la variable.

Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOT cambia su estado al valor 1 y viceversa (Fig. 1).

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:

Fig. 1 Símbolo y tabla de verdad de la compuerta NOT

B. Compuerta Or

La compuerta OR produce la función sumadora, esto es, la salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0.El símbolo algebraico de la función OR (+), es igual a la operación de aritmética de suma. Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1 (Fig. 2).La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:

Fig. 2. Simbolo y table de verdad de la compuerta OR

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Practica No. 1Compuertas lógicas en un PLD

García Hernández, Michel Fernando.Michelgarcia155@gmail.com

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C. Compuerta Xor

La puerta lógica OR-exclusiva, más conocida por su

nombre en inglés XOR, realiza la función booleana

A'B+AB'. Su símbolo es   (signo más "+" inscrito

en un círculo). En la figura de la derecha pueden

observarse sus símbolos en electrónica (Fig. 3).

La ecuación característica que describe el

comportamiento de la puerta XOR es:

Fig. 3 Simbolo y table de verdad de la compuerta XOR

D. Compuerta XNOR

La puerta XNOR  es una puerta lógica digital cuya función es la inversa de la puerta OR exclusiva (XOR). La versión de dos entradas implementa la igualdad lógica, comportándose de acuerdo a su tabla de verdad. Una salida ALTA (1) resulta si ambas las entradas a la puerta son las mismas. Si una pero no ambas entradas son ALTAS (1), resulta una salida BAJA (0), (Figura 4).

La puerta XNOR con entradas A y B implementa la expresión

lógica  .

Fig. 4 Símbolo y tabla de verdad de la compuerta XNOR

E. Compuerta NOR

La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre

en inglés NOR, realiza la operación de suma lógica

negada. En ocasiones es llamada también barra de

Pierce.2 En la figura de la derecha pueden observarse

sus símbolos en electrónica.

La ecuación característica que describe el

comportamiento de la puerta NOR es:

Fig. 5 Simbolo y tabla de verdad de la compuerta NOR

F. Compuerta AND

La puerta lógica  AND, realiza la función booleana

de producto lógico. Su símbolo es un punto (·),

aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de

las variables A y B se indica como AB, y se lee A y

B o simplemente A por B (Fig. 6).

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A B A XOR B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A B A XNOR B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

A B A NOR B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

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La ecuación característica que describe el

comportamiento de la puerta AND es:

Fig. 6 Símbolo y tabla de verdad de la compuerta AND

G. Compuerta NAND

La puerta lógica NAND, realiza la operación

de producto lógico negado, (Fig. 7) En

ocasiones es llamada también barra de

Sheffer. La ecuación característica que

describe el comportamiento de la puerta NAND

es:

Fig. 7 Símbolo y tabla de verdad de la compuerta NAND

H. Circuito Integrado GAL

Este dispositivo tiene las mismas propiedades

lógicas que el PAL, pero puede ser borrado y

reprogramado. La GAL es muy útil en la fase de

prototipado de un diseño, cuando un fallo en la

lógica puede ser corregido por reprogramación. Las

GALs se programan y reprograman utilizando un

programador OPAL, o utilizando la técnica de

programación circuital en chips secundarios,

(Figura 8).

Fig. 8 Circuito integrado GAL

1. Funcionamiento del GAL

Una GAL permite implementar cualquier expresión

en suma de productos con un número de variables

definidas. El proceso de programación consiste en

activar o desactivar cada celda E2CMOS con el

objetivo de aplicar la combinación adecuada de

variables a cada compuerta AND y obtener la suma

de productos.

Las celdas E2CMOS activadas conectan las

variables deseadas o sus complementos con las

apropiadas entradas de las puertas AND. Las celdas

E2CMOS están desactivadas cuando una variable o

su complemento no se utiliza en un determinado

producto. La salida final de la puerta OR es una

suma de productos. Cada fila está conectada a la

entrada de una puerta AND, y cada columna a una

variable de entrada o a su complemento. Mediante

la programación se activa o desactiva cada celda

E2CMOS, y se puede aplicar cualquier

combinación de variables de entrada, o sus

complementos, a una puerta AND para generar

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A B A AND B

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

A B A NAND B

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

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cualquier operación producto que se desee. Una

celda activada conecta de forma efectiva su

correspondiente fila y columna, y una celda

desactivada desconecta la fila y la columna.

Las celdas se pueden borrar y reprogramar

eléctricamente. Una celda E2CMOS típica puede

mantener el estado en que se ha programado durante

20 años o más. Las macro celdas lógicas de salida

(OLMCs) están formadas por circuitos lógicos que

se pueden programar como lógica combinacional o

como lógica secuencial. Las OLMCs proporcionan

mucha más flexibilidad que la lógica de salida fija

de una PAL

2. Configuración del GALLa configuración de los pines del circuito

integrados la numeración va, a partir de la muesca puesta hacia arriba, y desde la parte izquierda, desde el uno hasta el 10 en forma descendente y comienza nuevamente su numeración en el lado derecho desde abajo en forma ascendente como se muestra en la figura 9

Fig. 9 Configuración de los pines

IV. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

A. Material Y equipo utilizado

- Protoboard- Cable telefónico- Circuito GAL (G16V8 en este caso)- Leds y push buttons- Software ispLEVER- Simulador PROTEUS.- Programador y Software SUPERPRO.- Generador d voltaje o un cargador de celular

de 5 volts.

B. Procedimiento

1) Realización del circuito en ProtoboardPrimero que nada, el circuito debe de ser armado en el protoboard, se debe de poner la GAL y poner los cables de alimentación al igual que los Leds en sus respectivas salidas (ver figura 9 para su configuración).

2) Crear un archivo para programar nuestra GAL

Antes de empezar con el Software, el profesor tendrá que mandar un archivo para poder hacer la práctica, tendremos que descargarlo y guardarlo.*Importante: No olviden donde se guardó, ya que después se utilizara

Lo que haremos a continuación sera hacer un archivo para poder programar nuestro circuito GAL, para eso hacemos los siguiente:Abrir el software ISP LEVER

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Abrir un “New Project”

Al dar clic en “New Project” nos aparecerá una ventana en la cual debemos de escoger el nombre de nuestro proyecto, escoger la ruta donde lo guardaremos y escogeremos un “design entry type” en donde escogeremos el llamado “VHDL”, y a continuación pulsaremos en “siguiente”*Nota: es recomendable se creé una carpeta específica para guardar nuestro proyecto, ya que dentro de esta se crearan mucho archivos.

Lo primero que se tiene que hacer al aparecer la siguiente ventana es activar el cuadro donde dice “Show Obsolete Devices”, después de hacer eso, es “Select Device/ Family:” Buscaremos “GAL

Device” el cual está por orden alfabético, después al lado derecho en “Device” buscaremos nuestro circuito el cual en nuestro caso es un “GAL 16LV8D”, Tendrá que quedar como se muestra en la imagen antes de pulsar “Siguiente”

Después de pulsar siguiente, en la ventana que aparecerá tendremos que agregar el archivo anteriormente descargado, pulsaremos en “”Add source”, escogeremos el archivo y aparecerá una ventana en donde daremos “ok”, después de eso daremos en siguiente.

A continuación aparecerá una ventana en donde estarán enlistados todas las configuraciones que hicimos, comprobaremos que estemos correctos, daremos en “Finalizar”, en caso contrario lo recomendable es volver a empezar o revisar en donde pudo haber sido la falla y corregirla.

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Después de guardar las configuraciones, en el software aparecerá algo como lo siguiente:

Del lado izquierdo se encuentran varias opciones, del lado derecho sus subíndices; al dar clic en “GAL 16LV8D-3LJ”, aparecerán un listado en el cual se tendrá que dar 2 veces clic izquierdo en los siguientes para activarlos

Se repite el proceso para la parte izquierda nombrada compuertas (compuertas.vhd)). Se activa lo siguiente:

Despues de eso, nuestro archivo para programar nuestra Gal esta echo, vamos a la ruta de guardado, donde guardamos nuetro proyecto y nos daremos cuenta que se han creado varios archivos, buscamos el que tiene terminacion .JED y lo guardamos, ya que ese nos servira mas adelante

3) Simular el circuito en Proteus (Para versión 8)

Lo que se hará a continuación es la simulación del circuito en un software llamado Proteus 8, el propósito de esto no es más que entender el comportamiento del GAL antes de hacerlo practico.

Lo primero que se tiene que hacer es abrir el software, después de eso tendremos que abrir un nuevo proyecto, dándole clic en la parte “ISIS” para poder empezar la simulación

Al hacer eso se pondrá una cuadricula en donde empezaremos a trabajar, daremos clic, en la parte izquierda, en la “P” que está en el cuadro azul.

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Aparecerá un listado con varios dispositivos, buscaremos los dispositivos que utilizaremos, empezando por la GAL, para facilitar, ya tenemos el nombre de cómo están registrados los dispositivos en el software, así que se utilizara ahora:Para encontrar la GAL, sobre el buscador en “Keywords” se escribirá “AM16V8”, saldrá un dispositivo y pulsaremos en “OK”

Como se puede dar cuenta, el dispositivo aparece en la parte izquierda en el recuadro “Devices”, en forma de listado, lo mismo ocurrirá con cada dispositivo que se asigne. Más tarde buscaremos Leds, se repite el proceso anterior y en “Keywords” escribimos “LED-RED (En este caso se utilizó ese color, pero se puede usar cualquiera), y pulsamos “OK”.

Lo que se utilizara a continuación, será un Switch, el cual se buscara como “SD-SPDT” y pulsaremos “OK”

Después de eso, ya se tienes los dispositivos que se utilizaran, a continuación arrastraremos los dispositivos al centro de la pantalla para poder hacer las “conexiones” necesarias y poder simular, para esto ver la configuración de la GAL antes mostrada.Se utilizara la GAL, 8 Leds y 2 Switch, se puede acomodar de la manera más cómoda que le parezca, lo importante es tener un orden en todo lo que se hace.

Más tarde, viendo la configuración de nuestra GAL antes mencionada, conectaremos los Led en las salidas (de la 12 a la 19), y los Switch en la entrada “1 y 2”.

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Después buscaremos una tierra en donde se pueda aterrizar la salida de los dispositivos, para eso, en la parte izquierda de la pantalla se encuentran varios dispositivos más, le daremos clic en “Terminals mode” y en “GROWN”

Se colocaran las tierra y podremos aterrizar nuestros dispositivos

Mas adelante, utilizaremos una fuente de poder para energizar nuestro circuito, vamos a los dispositivos de la parte izquierda y pulsamos en “Generator mode” pulsamos sobre el “DC”

Lo arrastramos y conectamos

Listo, el circuito esta hecho, para poder ser un poco más realistas se puede hacer que el generador de un voltaje de 5 volts, al dar dos clics sobre él se edita y pone “ok”

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Ahora se corre el programa y vemos que efectivamente funciona, al mover los Switch, y con los conocimiento adquiridos en “Compuertas en el circuito” al principio del documento, entenderemos el funcionamiento de las salidas del circuito en la simulación

4) Se grabara el programa en la GALSe grabara el programa en nuestra GALUna vez que ya se a simulado y ya se entendió el funcionamiento del circuito, procederemos a quemar nuestro programa hecho en ispLever en nuestra GAL, para eso utilizaremos el software llamado SUPERPRO, al abrirlo buscaremos e insertaremos el programa que ya hemos hecho anteriormente (terminación .JDE), se selecciona el tipo de memoria a grabar, si se tiene algo escrito es necesario borrarlo, si no es así se procede a grabar

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5) Comprobacion del circuitoUna vez finalizada la programacion de nuestra GAL procederemos a insertarla en nuestro Protoboard con las conexiones ya realizadas, aquí utilizaremos el generador de voltaje o el cargador de celular para energizar nuestro circuito pulsar los push buttons y corroborar que sucede lo mismo que en nuestra simulación

Al finalizar la práctica se pudo observar que fue un éxito y todo salió como se esperaba.

V. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1¿Qué es una puerta lógica?Es un circuito que realiza una operación lógica determinada

2¿Cuáles son las puertas lógicas más conocidas?Not, And y Or

3¿Que es un PLD?Es un dispositivo Integrado el cual su estructura lógica es configurada por el quien la usa, sus

características pueden ser modificadas y almacenadas mediante la programación.

4¿Qué es un PAL?Es un dispositivo programable muy simple, el que su circuito interno consiste en un arreglo de compuertas AND y OR

5¿Cómo funciona el circuito GAL?Es un tipo de circuito integrado, que ha sido diseñado con el propósito de sustituir a la mayoría de las PAL, manteniendo la compatibilidad de sus terminales.Es un PLD con una matriz AND reprogramable, una matriz OR fija y una lógica de salida programable mediante una macro celda. Esta estructura permite implementar cualquier función lógica como suma de productos con un número de términos definido.

6.¿Es necesario utilizar el software Proteus?No es del todo necesario, sin embargo si es útil para una mayor comprensión de cómo trabajan los circuitos y sus componentes

7¿Qué usos se le podrías dar al circuito Gal?Pues un uso simple que se le puede dar es como para puerta de seguridad, ya que en algunas salidas es necesario presionar las dos entradas para activarlos, como por ejemplo en la salida OR, XNOR Y AND.

8¿Es necesario utilizar los otros 2 softwares?Si, son muy necesarios ya que sin ellos no podríamos hacer el programa para quemarse en la GAL y por lo tanto esta no funcionaria

VI. CONCLUSIONES

Una puerta lógica, es un dispositivo electrónico con una función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Son circuitos de conmutación integrados en un chip. Y se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Pueden ser muy importantes para nuestra vida cotidiana ya que por sus funciones tienen varias aplicaciones, y esta práctica ayudo mucho al entendimiento de las funciones

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VII. FUENTES DE INFORMACIÓN

[1] http://www.halcyon.com/pub/journals/21ps03- vidmar

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_l %C3%B3gica

[3] http://www.profesormolina.com.ar/electronica/ componentes/int/comp_log.htm

[4] http://www.aguilarmicros.mex.tl/ imagesnew2/0/0/0/0/2/1/4/2/9/6/Comp_L.pdf

[5] http://es.wikipedia.org/wiki/L %C3%B3gica_programada#GALs

VIII. FOTOGRAFÍA Y CURRÍCULUM

Estudiante de Ingeniería en Mecatrónica

Datos personalesNombre: García Hernández, Michel FernandoDirección: Calle 20 de Noviembre #106, pueblo Ignacio Zaragoza, Huamantla, TlaxcalaNo. Teléfono (Cel. ): 2471037201E-mail: michelgarcia155@gmail.com

Objetivo:Mi expectativa laboral a futuro es obtener un buen puesto en alguna empresa

Experiencia Profesional:Estudio de Mantenimiento Automotriz en CBTis 061Estudio y armado de circuitos y prácticas en el Instituto Tecnológico de Apizaco

Preparación Académica:

Alumno en Instituto Tecnológico de Apizaco en la especialidad de Ingeniería Mecatrónica

Idiomas:INGLÉS, Nivel medio.

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