MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIORUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

AREAS CIENCIAS DE LA SALUDPROGRAMA DE ELECTROMEDICINA – INGENIERIA BIOMEDICACURSO ESPECIAL DE INTEGRACION TSU ELECTROMEDICINA

LABORATORIO DE TECNICAS DIGITALES

COMPUERTAS LOGICAS Y

DECODIFICADOR BCD 7 SEGMENTOS

INTEGRATES: ARO MARJIN DURAN ROSA

GUEVARA SULEIDA MATA THAIS

CORO 20 MARZO 2011

INTRODUCIONLa práctica de técnica digital se ocupa del diseño de circuitos electrónicos digitales.

Los sistemas digitales desempeñan un papel tan destacado en la vida cotidiana que la actual tecnología se conoce como "era digital". Los sistemas digitales se utilizan en muchas empresas comerciales, industriales y sobre todo en dispositivos médicos. En casi todos los sistemas digitales electrónicos actuales, se emplean sólo dos valores discretos por lo que decimos que son binarios. Un dígito llamado bit, que tiene dos valores: O y 1.

El propósito de esta práctica a través de la utilización de circuito integrados de tecnología TTL y codificador BCD 7 segmentos es demostrar el funcionamiento electrónico de dichos elementos.

OBJETIVOS Comprobar experimentalmente las tablas de la verdad de las diferentes compuertas lógicas, basadas en tecnología TTL. Verificar el funcionamiento de un circuito integrado como el decodificador BCD 7 segmentos, para el manejo de un display.

BASES TEORICASSistema de Numeración Binario: es de especial importancia en la electrónica digital,

donde sólo son posibles dos valores: el "1" o valor de voltaje "alto" y el "0" o nivel de voltaje "bajo". Un número en el Sistema de Numeración Binario se divide en cifras con diferente peso: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128,.... etc.

La suma de dos números binarios se calcula empleando las mismas reglas de la suma decimal, excepto que los dígitos de la suma en toda posición significativa sólo pueden ser 0 o 1. Cualquier acarreo que se genere en una posición significativa dada se sumará a1 par de dígitos que está en la siguiente posición significativa más alta. La multiplicación es muy sencilla. Los dígitos del multiplicador siempre son 1 o 0.

Compuertas lógicas: son circuitos electrónicos que operan con una o más señales de entrada para producir una señal de salida. En los sistemas digitales, las señales eléctricas que podrían ser voltajes o corrientes, existen con uno de dos valores reconocibles. Los circuitos operados por voltaje responden a dos niveles de voltaje distintos que representan una variable binaria cuyo valor es 1 lógico o 0 lógico. Por ejemplo, un sistema digital dado podría definir el 0 lógico como una señal de 0volts, y el 1 lógico, como una señal de 5volts.

En la práctica, cada nivel de voltaje tiene un intervalo aceptable. Las terminales de entrada de los circuitos digitales aceptan señales binarias dentro del intervalo permisible y responden en los terminales de salida con señales binarias que están dentro del intervalo especificado.

Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo.

La familia de circuitos integrados TTL tiene las siguientes características:- La tensión o voltaje de alimentación es de + 5 Volts, con Vmin = 4.75 Volts y Vmax = 5.25 Voltios.- Su fabricación es con transistores bipolares multiemisores.

- La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor ventaja, ciertamente esta característica le hacer aumentar su consumo.- Su compuerta básica es la NAND

Familia de los Circuitos Lógicos Integrados

Circuitos MOS: complementario aprovechan el hecho de que es posible fabricar dispositivos tanto de canal n como de canal p en el mismo sustrato. Los circuitos CMOS constan de ambos tipos de dispositivos MOS interconectados para formar funciones lógicasEn la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales.VentajasLa familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricación de circuitos integrados digitales: El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario. Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión. Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar. La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.Desventajas Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas.

Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación. Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).Decodificador de BCD (decimal codificado en binario). 7 segmentos: es un circuito combinacional que permite un código BCD en sus entradas y en sus salidas activa un display de 7 segmentos para indicar un dígito decimal.

Los decodificadores son circuitos integrados digitales que convierten el código binario, el BCD, o algún otro, en una forma sin codificar.

El display está formado por un conjunto de 7 leds conectados en un punto común en su salida. Cuando la salida es común en los ánodos, el display es llamado de ánodo común y por el contrario, sí la salida es común en los cátodos, llamamos al display de cátodo común.

Decodificador /manejador 7447 está diseñado para activar segmentos específicos aún de códigos de entrada mayores de 1001 (9). La Figura muestra cuáles segmentos son activados para cada uno de los códigos de entrada de 0000 a 1111 (15). Notar que un código de entrada de 1111 borrará todos los segmentos. La presentación visual LED que se utiliza en la Figura es un tipo de ánodo común, donde los cátodos de cada segmento se interconectan y se conectan a tierra. Este tipo de presentación visual tiene que ser manejada por un decodificador/manejador de datos BCD a 7 segmentos con salidas activas en ALTO que apliquen un voltaje alto a los ánodos de aquellos segmentos que vayan a ser activados.

Circuito combinacional: como su nombre lo sugiere es un circuito cuya salida depende solamente de la "combinación" de sus entradas en el momento que se está realizando la medida en la salida.

Tabla de verdad: es un instrumento utilizado para la simplificación de circuitos digitales a través de su ecuación booleana.

PROCEDIMIENTO Pre laboratorio: Mediante la utilización del software de simulación de circuitos

electrónicos Proteus 7.6 Sp4 (ISIS), realizar las diferentes simulaciones de cada uno de los circuitos.

Ensamblar todos los circuitos y realizar la tabla de la verdad correspondiente a cada caso:Para el primer circuito se dará el diagrama electrónico y el diagrama lógico, para los siguientes solo se mostrara el diagrama lógico, lo que implica que para realizar los demás circuitos, se debe investigar o buscar los datashet de cada circuito integrado y siguiendo el ejemplo del primer circuito, realizar los demás montajes.

MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR -Circuitos integrados digitales con tecnología TTL: 7400, 7404, 7408, 7402, 7432, 7486 -1 Display 7 segmentos -7 Resistencia de 100 Ohm -1 Dipswich -Fuente de voltaje DC 5V-Decodificador (7447)

MONTAJE DE CIRCUITOS

COMPUERTA AND

COMPUERTA OR

COMPUERTA NOT

COMPUERTA XOR

COMPUERTA NAND

COMPUERTA NOR

CIRCUITO COMBINADO

DECODIFICADOR BCD A 7 SEGMENTOS

RESULTADOS

COMPUERTA AND A B SALIDA0 0 00 1 01 0 01 1 1

COMPUERTA ORA B SALIDA0 0 00 1 11 0 11 1 1

COMPUERTA NOTA SALIDA0 11 0

COMPUERTA XORA B SALIDA0 0 00 1 11 0 11 1 0

COMPUERTA NANDA B SALIDA0 0 10 1 11 0 11 1 0

COMPUERTA NORA B SALIDA0 0 10 1 01 0 01 1 0

CIRCUITO COMBINADO

A B SALIDA0 0 00 1 11 0 11 1 1

A SALIDA0 11 0

DECODIFICADOR BCD A 7 SEGMENTOS

A B C D SALIDA0 0 0 0 01 0 0 0 10 1 0 0 21 1 0 0 30 0 1 0 41 0 1 0 50 1 1 0 61 1 1 0 70 0 0 1 81 0 0 1 9

ANALISIS DE RESULTADOS

En realidad lo que se quiere mostrar es el comportamiento booleano de las compuertas a través del uso de circuitos digitales así como la comprobación de la tabla de la verdad:

Al montar las diferentes compuerta lógicas e introducir los valores 1 y 0 lógico la salida que genero fue un 1 o 0 lógico dependiendo de la compuerta con la que se estaba realizando la comprobación.

Aunado a esto, se comprobaron las operaciones lógicas básicas. Son tres: OR (suma), AND (multiplicación) y NOT (negación).

Además, nos sirvió para demostrar las salidas de cada compuerta según la tabla de la verdad, sin ningún a modificación.

Cada símbolo de las compuertas lógicas nos presenta una imagen única de la manera en que la compuerta que representa va a funcionar. Se pudo evidenciar el nivel lógico activo, ya que la compuerta donde hay ausencia del círculo (en una salida o entrada), se activaba el estado ALTO, y cuando la entrada o salida tenía un círculo, se activaba en el estado BAJO. Esta información es de vital importancia al interpretar la operación de la compuerta en un circuito complejo.

En el circuito donde se utiliza el decodificador BCD a 7 segmentos la entrada son 4 BITS, el número BCD se transforma en un código de 7 segmentos que ilumina los

segmentos del visualizador LED. Comprobamos que las entradas BCD inválidas (decimal 10, 11, 12, 13, 14 y 15) no son números BCD; sin embargo, generan una única salida.

CONCLUSIONESLas diferentes compuertas lógicas utilizadas demostraron que al introducir un 1 o 0

lógico tendríamos como resultado un 1 o 0 lógico dependiendo del tipo de compuerta.Las tablas de verdad pueden tener muchas columnas, pero todas las tablas generan una

salida dependiendo de la operación lógica de la compuerta utilizada.El código BCD cuenta como un número binario normal del 0 al 9, pero del diez

(1010) al quince (1111) no son permitidos pues no existen, para estos números, el equivalente de una cifra en decimal. Un dispositivo de salida muy utilizado para visualizar números decimales es el visualizado de 7 segmentos.

Haciendo varias combinaciones de compuertas lógicas podemos obtener el resultado lógico de otra compuerta, lo cual quedo demostrado en los circuitos equivalentes de compuertas NOR o circuitos combinados.

Las compuertas que se utilizaron para los experimentos: AND, NAND. NOR. OR Y XOR de dos entradas y la NOT de una sola entrada.

BIBLIOGRAFÍA

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Marzo 1999.Forosdeelectronica.com/tutoriales/compuertas-digitales.htm.Ladelec.com/teoria/electronica-digital/185-decodificacion-bcd-a-codigo-de-7-

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