Compuertas Lógicas

Cibernética y Computación 1

Introducción

La electrónica digital es la tecnología que hace posible la creación de dispositivos “digitales” como relojes, calculadoras y computadoras, entre otros.

Interruptores lógicosLos circuitos lógicos digitales son redes

complejas de interruptores hechos con transistores. Éstos circuitos lógicos simples se llaman compuertas. Como ejemplo tenemos:

La lámpara enciende si

A Y B están cerrados

A B

La lámpara enciende si

A O B están cerrados

A

B

Circuitos lógicos con transistoresLas siguientes pantallas mostrarán

como los interruptores hechos con base a transistores se utilizan para formar cuatro circuitos de decisión o compuertas lógicas básicas, se muestra la tabla de verdad, la cual muestra la salida de todas las combinaciones posibles.

Compuerta AND

A

B10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

ATierr

aTierr

a+6V+6V

BTierr

a+6VTierr

a+6V

Salida

Tierra

Tierra

Tierra

+6VAB Salida

Compuerta NAND

A

B10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

ATierr

aTierr

a+6V+6V

BTierr

a+6VTierr

a+6V

Salida

+6V+6V+6VTierr

a

AB Salida

Compuerta ORA

Tierra

Tierra

+6V+6V

BTierr

a+6VTierr

a+6V

Salida

Tierra

+6V+6V+6V

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

SalidaAB Salida

Compuerta NORA

Tierra

Tierra

+6V+6V

BTierr

a+6VTierr

a+6V

Salida

+6VTierr

aTierr

aTierr

a

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

AB Salida

Resumen

A0011

B0101

A or B0111

A nor B1000

A nand B1110

A and B0001

A xor B0110

A xnor B1001

Sustituyendo los voltajes y las “tierras” por los dígitos binarios tenemos:

La secuencia de las entradas corresponden a los cuatro primeros números expresados en el sistema binario

AB Salida

Compuerta XNOR

AB Salida

Compuerta XOR

Tipos de transistoresTTL (Transistor Transistor Logic): Son

circuitos fáciles de usar, requieren pocos cuidados en su manejo, soportan 20 MHz o más. Cada transistor gasta mucha energía: 3 mA. La versión LowPower Schottky utiliza 80% de voltaje y es más veloz. Requiere 5 V. Las entradas no conectadas las asume como 1. Colocar las salidas no utilizadas al voltaje de alimentación para ahorrar energía.

(éstos son los que vamos a usar, podemos conectar un capacitor de 0.01 a 0.1 mF)

Tipos de transistoresCMOS (Complementary Metal-Oxide-

Silicon): Son circuitos muy sensibles a la estática y no son tan rápidos como los TTL. Gastan poca energía: 0.1 mA. Pueden energizarse con voltajes de 3 a 18V. Las entradas pueden provocar ruido. No conectar las entradas cuando el circuito no tenga corriente.

Estructura Interna Circuito Integrado LS7400

Vcc

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Uso de la tableta protoboard

Tableta protoboard Cable telefónicoblindado

Circuitos integradosResistencias

Puedes agregar otros componentes, comoLEDs, o enganchar otras tabletas de experimentación

Al insertar cualquier patita de un componente, automáticamente queda

conectada toda la columna

La alimentación del circuito se coloca en los extremos a lo

largo de la tableta

– +

Todos las entradas compartenla misma información, los

grupos se mantienenindependientes

Los puentes o interconexiones se hacen con un cable de cobre

protegido con plástico aislanteEnergizamos una línea

para alimentar al circuito integrado

Energizamos una línea para alimentar al circuito

integrado

Éstos puentes permiten hacer interconexiones en nuestra tarjeta y poder reutilizarse.

Hay otro tipo de tarjetas para probar circuitos

Las líneas energizadas

corren alrededor del

circuito

Área de trabajopara

los circuitos

Área de interfaz con otros circuitos

Alrededor de cada agujero

existe un recubrimiento metálico para las

conexiones de soldadura

Uso de resistencias

X1 X10 X100

X1,000 X10,000 X100,000

X1’000,000 X10’000,000 X100’000,000

0123456789

0123456789

Negro

Café

Rojo

Naranja

Amarillo

Verde

Azul

Violeta

Gris

Blanco

Ninguno: ±20%

Dorado: ±5%Plateado: ±10%

Tolerancia

+ –

Configuración de los LED’s

+ –

Ya que utilizaremos circuitos TTL, buscar preferentemente aquellos que soporten 5 V

+ –

Si no se consiguen de éste tipo, agregar una resistencia de 330 entre el LED y tierra

Proceso de diseño de circuitos

1.Define el problema que quieres resolver, los estados, las variables de entrada y las variables de salida

2. Resuelve el problema reduciendo el circuito a su mínima expresión utilizando circuitos comerciales conocidos

3. Documenta adecuadamente la solución

4. Implementa la solución en la tableta revisando las especificaciones de los circuitos integrados que utilices, verifica la operación correcta del circuito. Documenta los problemas que tuviste al armar el circuito e inclúyelos en la documentación inicial

Compuertas Lógicas

Cibernética y Computación 1

FINFIN