Manual Practicas de Circuitos Digitales

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE CIUDAD JUREZ

Maribel Gmez Franco

MANUAL DE LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES

M. C. MARIBEL GMEZ FRANCO Profesora-Investigadora

Cd. Jurez, Chih., Mxico Noviembre 2004

Instituto de Ingeniera y Tecnologa Departamento de Elctrica y Computacin Ing. en Sistemas Digitales y Comunicaciones

Maribel Gmez Franco Manual de Laboratorio de Circuitos Digitales Tercera revisin Cd. Jurez, Chih., Mxico Universidad Autnoma de Ciudad Jurez, 2004 Materia: Circuitos Digitales Pginas: 151

Circuitos Digitales Contenido

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Contenido Contenido...................................................................................................................iv Introduccin............................................................................................................... 8 PRCTICA 1. INTRODUCCIN AL LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES ............ 11 Objetivo.................................................................................................................... 11 Material utilizado...................................................................................................... 11 Introduccin............................................................................................................. 11 Procedimiento........................................................................................................... 18 Preguntas................................................................................................................. 19 Conclusiones por integrante...................................................................................... 20 Referencias............................................................................................................... 20 PRCTICA 2. INTRODUCCIN AL CIRCUIT MAKER .................................................. 22 Objetivo.................................................................................................................... 22 Material utilizado...................................................................................................... 22 Introduccin............................................................................................................. 22 Procedimiento........................................................................................................... 25 Preguntas................................................................................................................. 25 Conclusiones por integrante...................................................................................... 26 Referencias............................................................................................................... 26 PRCTICA 3. SUMADOR DE CUATRO BITS. SIMULACIN ........................................ 28 Objetivo.................................................................................................................... 28 Material utilizado...................................................................................................... 28 Introduccin............................................................................................................. 28 Procedimiento........................................................................................................... 29 Preguntas................................................................................................................. 31 Conclusiones por integrante...................................................................................... 32 Referencias............................................................................................................... 32 PRCTICA 4. SUMADOR DE CUATRO BITS .............................................................. 34 Objetivo.................................................................................................................... 34 Material utilizado...................................................................................................... 34 Introduccin............................................................................................................. 34 Procedimiento........................................................................................................... 35 Preguntas................................................................................................................. 37 Conclusiones por integrante...................................................................................... 38 Referencias............................................................................................................... 38 PRCTICA 5. COMPROBACIN DE TABLAS DE VERDAD DE COMPUERTAS LGICAS................................................................................................................................ 40 Material utilizado:..................................................................................................... 40 Componentes para simulacin: ................................................................................. 40 Introduccin:............................................................................................................ 40 Procedimiento........................................................................................................... 41 Preguntas................................................................................................................. 43 Conclusiones por integrante...................................................................................... 43 Referencias............................................................................................................... 44 PRCTICA 6. ANLISIS DE FORMAS DE ONDA UTILIZANDO CIRCUITMAKER. ......... 46 Objetivo.................................................................................................................... 46 Material y equipo utilizado ........................................................................................ 46 Introduccin............................................................................................................. 46 Procedimiento........................................................................................................... 47 Preguntas................................................................................................................. 55 Conclusiones por integrante...................................................................................... 56 Referencias............................................................................................................... 56


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PRCTICA 7. ANLISIS DE FORMAS DE ONDA......................................................... 58 Objetivo.................................................................................................................... 58 Material y equipo utilizado: ....................................................................................... 58 Introduccin............................................................................................................. 58 Procedimiento........................................................................................................... 63 Preguntas................................................................................................................. 68 Conclusiones por integrante...................................................................................... 70 Referencias............................................................................................................... 70 PRCTICA 8. IMPLEMENTACIN DE COMPUERTAS LGICAS.................................. 72 Objetivo.................................................................................................................... 72 Material utilizado...................................................................................................... 72 Introduccin............................................................................................................. 72 Procedimiento........................................................................................................... 73 Preguntas................................................................................................................. 76 Conclusiones por integrante...................................................................................... 76 Referencias............................................................................................................... 77 PRCTICA 9. IMPLEMENTACIN DE UN CIRCUITO LGICO .................................... 79 Objetivo.................................................................................................................... 79 Material utilizado:..................................................................................................... 79 Introduccin:............................................................................................................ 79 Procedimiento........................................................................................................... 80 Preguntas: ................................................................................................................ 82 Conclusiones por integrante...................................................................................... 82 Referencias............................................................................................................... 83 PRCTICA 10. GENERADOR Y VERIFICADOR DE PARIDAD PAR .............................. 85 Objetivo.................................................................................................................... 85 Material utilizado...................................................................................................... 85 Introduccin............................................................................................................. 85 Procedimiento........................................................................................................... 86 Preguntas................................................................................................................. 89 Conclusiones por integrante...................................................................................... 90 Referencias............................................................................................................... 90 PRCTICA 5. COMPARADOR DIGITAL ...................................................................... 92 Objetivo.................................................................................................................... 92 Material utilizado...................................................................................................... 92 Introduccin............................................................................................................. 92 Procedimiento........................................................................................................... 93 Preguntas................................................................................................................. 95 Conclusiones por integrante...................................................................................... 95 Referencias............................................................................................................... 96 PRCTICA 12. SUMADOR/RESTADOR EN COMPLEMENTO A DOS........................... 98 Objetivo.................................................................................................................... 98 Material utilizado...................................................................................................... 98 Introduccin............................................................................................................. 98 Procedimiento..........................................................................................................100 Preguntas................................................................................................................102 Conclusiones ...........................................................................................................102 Referencias..............................................................................................................102 PRCTICA 13. SISTEMA DE TRANSMISIN DE DATOS BIT POR BIT.......................104 Objetivo...................................................................................................................104 Material utilizado.....................................................................................................104 Introduccin............................................................................................................104 Procedimiento..........................................................................................................105 Preguntas................................................................................................................107 Conclusiones por integrante.....................................................................................108


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Referencias..............................................................................................................108 PRCTICA 14. SISTEMA DE TRANSMISIN DE DATOS............................................110 Objetivo...................................................................................................................110 Material utilizado.....................................................................................................110 Introduccin............................................................................................................110 Procedimiento..........................................................................................................111 Preguntas................................................................................................................114 Conclusiones por integrante.....................................................................................115 Referencias..............................................................................................................115 PRCTICA 15. CONTADOR SINCRONO ....................................................................117 Objetivo...................................................................................................................117 Material utilizado.....................................................................................................117 Introduccin............................................................................................................117 Procedimiento..........................................................................................................117 Preguntas................................................................................................................119 Conclusiones por integrante.....................................................................................120 Referencias..............................................................................................................120 PRCTICA 16. CONTADOR ASINCRONO ..................................................................122 Objetivo...................................................................................................................122 Material utilizado.....................................................................................................122 Introduccin............................................................................................................122 Procedimiento..........................................................................................................122 Preguntas................................................................................................................123 Conclusiones por integrante.....................................................................................124 Referencias..............................................................................................................124 PRCTICA 16. CONTADOR ASINCRONO ..................................................................126 Objetivo...................................................................................................................126 Material utilizado.....................................................................................................126 Introduccin............................................................................................................126 Procedimiento..........................................................................................................126 Preguntas................................................................................................................127 Conclusiones por integrante.....................................................................................128 Referencias..............................................................................................................128 PRCTICA 17. SISTEMA DE TRANSMISIN DE DATOS PARALELO-SERIE-PARALELO...............................................................................................................................130 Objetivo...................................................................................................................130 Material utilizado.....................................................................................................130 Introduccin............................................................................................................130 Procedimiento..........................................................................................................131 Preguntas................................................................................................................133 Conclusiones por integrante.....................................................................................134 Referencias..............................................................................................................134 PRCTICA 18. DISENO DE UNA MQUINA SECUENCIAL ........................................136 Objetivo...................................................................................................................136 Material utilizado.....................................................................................................136 Introduccin............................................................................................................136 Procedimiento..........................................................................................................136 Preguntas................................................................................................................138 Conclusiones por integrante.....................................................................................138 Referencias..............................................................................................................139 PRCTICA 19. REGISTROS......................................................................................141 Objetivo...................................................................................................................141 Material utilizado.....................................................................................................141 Introduccin............................................................................................................141 Procedimiento..........................................................................................................142


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Preguntas................................................................................................................145 Conclusiones por integrante.....................................................................................145 Referencias..............................................................................................................146 PRCTICA 20. CORRECCIN DE UNA FALLA EN UN SISTEMA DE TRANSMISIN DE DATOS ....................................................................................................................148 Objetivo...................................................................................................................148 Material utilizado.....................................................................................................148 Introduccin............................................................................................................148 Procedimiento..........................................................................................................149 Preguntas................................................................................................................150 Conclusiones por integrante.....................................................................................150 Referencias..............................................................................................................151


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Introduccin En cada una de las prcticas se inicia con el objetivo especfico de la prctica. Enseguida se lista el material a utilizar, slo las primeras tres prcticas incluyen esta lista, a partir de la prctica cuatro el alumno disea los circuitos de las prcticas, por lo tanto, l debe seleccionar los componentes adecuados y anotarlos en los espacios destinados para ello. En la introduccin se mencionan algunos antecedentes y se describe el funcionamiento esperado de la prctica. El procedimiento es la secuencia de pasos que debe seguir el alumno para cumplir con el objetivo de la prctica. En cada paso se le puede pedir al alumno que dibuje un circuito, resuelva algn mapa o que llene una tabla. A continuacin se lista una serie de preguntas que el alumno debe contestar. Por ltimo, el alumno debe escribir sus conclusiones con respecto al desarrollo y los resultados obtenidos de la prctica. La realizacin de cada prctica se complementa con el uso de un simulador de circuitos. Siguiendo el procedimiento, primero se simula el circuito y despus se conectan los componentes. Esto permite al alumno tener una idea ms clara de lo que espera obtener una vez que construya la prctica. Adems, permite al alumno saber con ms certeza qu componentes va a necesitar. En la primera unidad del curso de Circuitos Digitales se estudian sistemas numricos, operaciones aritmticas de nmeros con signo y cdigos digitales. El alumno todava no est relacionado con circuitos integrados. La prctica 1 se divide en dos sesiones, en la primera el alumno se familiariza con el equipo y los componentes bsicos como son: tablilla de experimentos, interruptores, resistencias, LEDs, fuente de tensin y punta lgica. En la segunda sesin utiliza un circuito integrado sumador 74283 para realizar sumas de nmeros con signo. El circuito integrado se ve como una caja negra al cual se le alimentan dos nmeros binarios de cuatro bits por medio de ocho interruptores y se obtiene la suma binaria representada por cinco LEDs, uno indica el acarreo de salida y los otros cuatro el resultado de la sumatoria. Las operaciones a realizar son sumas de A+B y restas de A-B, donde B tomar el formato en complemento a 1 y complemento a 2 segn lo indique la prctica. El valor de B se introduce en el formato solicitado, esto es, no es necesario agregar circuitera adicional para obtener los complementos. En la segunda unidad del mismo curso se estudian las compuertas lgicas bsicas, especificaciones y caractersticas de circuitos integrados, anlisis y diseo de circuitos lgicos bsicos a partir de lgebra de Boole, teoremas de DeMorgan y mapas de Karnaugh. En la segunda prctica el alumno comprueba las tablas de verdad de las compuertas lgicas bsicas AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR. Adems, se comprueban igualdades entre compuertas, por ejemplo, una NOR equivale a una AND con entradas negadas, esto es, con inversores conectados a las entradas. Tambin se obtienen compuertas a partir de otras, por ejemplo, una NAND de tres entradas utilizando compuertas de slo dos entradas. En la tercera prctica, el alumno aprende a utilizar el generador de funciones y el osciloscopio para analizar formas de onda. Esta prctica se divide en dos. En la primera parte, se obtienen diagramas de tiempos de una NAND y una NOR de dos entradas en el simulador. Adems, el alumno se familiariza con los trminos frecuencia, periodo y amplitud. La segunda parte es la que se realiza en el laboratorio, en la primer sesin el alumno se familiariza con el generador de funciones y el osciloscopio. Del generador se obtiene una onda cuadrada con ciertas especificaciones. Despus de calibrar el osciloscopio, el alumno conecta la salida del generador a la entrada del osciloscopio para medir la seal. En la segunda sesin, el alumno mide el tiempo de subida y tiempo de bajada de un circuito inversor.


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En la tercera unidad se estudian circuitos lgicos combinacionales partiendo del diseo del componente hasta la aplicacin del circuito integrado especfico. Para esta unidad se desarrollan cuatro prcticas. En la prctica cuatro, el alumno disea un generador y verificador de bit de paridad, como si fuera un sistema de transmisin de datos en paralelo. En esta prctica trabajan en conjunto dos equipos, de tal forma que el equipo 1 enva un dato de cinco bits (cuatro de datos y uno de paridad) al equipo 2 y viceversa. En la prctica cinco, el alumno disea un circuito comparador de dos nmeros de cuatro bits, que como salida tenga tres indicadores: AB y A=B. Hasta esta prctica, el alumno utiliza nicamente compuertas lgicas bsicas. En la prctica seis, el alumno disea un sumador/restador en complemento a 2. Se utiliza un circuito como referencia un circuito sumador 74283. Como entradas, se tienen dos nmeros de cuatro bits, una seal de control que determinar si la operacin es suma o resta. Los dos nmeros de entrada deben ser positivos. El resultado se representa por seis bits en el formato signo magnitud, un bit de signo, un bit de acarreo y cuatro bits de magnitud. A partir de la prctica siete, el alumno empieza a trabajar en el proyecto final. Esta prctica consiste bsicamente en conocer el funcionamiento del multiplexor (MUX) y demultiplexor (DEMUX). En la entrada se tienen cuatro bits que llegan al MUX. La salida del MUX se conecta a la entrada del DEMUX. Como salida se obtienen cuatro bits directamente del DEMUX. Dos lneas de seleccin se conectan en paralelo al MUX y DEMUX, por lo tanto, al mismo tiempo se selecciona una entrada del MUX y una salida del DEMUX, de tal forma que el dato de la entrada se transmite directamente a la salida. En esta prctica el alumno empieza a trabajar con circuitos integrados que trabajan con lgica negativa. Al finalizar la prctica mencionada anteriormente, apenas se obtiene un sistema manual de transmisin de bit por bit que no retiene informacin. En la prctica ocho, se agrega un dispositivo que almacena cada bit que se recibe, un latch. Se soluciona el problema de la retencin de datos, pero an la transmisin se hace manual porque se siguen utilizando dos interruptores para seleccionar las entradas y salidas. En la prctica nueve se agrega un contador de 0-3, sus salidas se conectan a las entradas de seleccin de los componentes. Tambin se adiciona un temporizador para automatizar completamente la seleccin de entradas y salidas. Estos circuitos lgicos secuenciales se estudian en la cuarta unidad. En esta revisin, se anexan prcticas de anlisis de diagramas de tiempos con el fin de entender mejor el funcionamiento de algunos circuitos contadores, utilizando como herramienta el CircuitMaker. Adems, se agrega una prctica de registros. En la ltima prctica, el alumno debe ser capaz de detectar una falla y solucionar el problema.

Circuitos Digitales Prctica 1. Introduccin al laboratorio de sistemas digitales

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CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 1 INTRODUCCIN AL LABORATORIO DE SISTEMAS

DIGITALES

PROFESORA: MARIBEL GMEZ FRANCO

INTEGRANTES: Matrcula Nombre Fecha de revisin: Fecha de entrega: Revis:



PRCTICA 1. INTRODUCCIN AL LABORATORIO DE

SISTEMAS DIGITALES Objetivo El alumno conocer las instalaciones del laboratorio de sistemas digitales, incluyendo el reglamento del laboratorio, las mesas de trabajo y equipo disponible. Adems, polarizar un CI y utilizar la punta lgica. Material utilizado 1 tablilla de experimentacin (protoboard) tablilla de pruebas IDL-800 Digital Lab 1 Manual de especificaciones de CIs (ECG, RCA Texas Instruments) 1 CI 74283 ( 7483) 9 Interruptores (dip-switch) 9 Resistencias de 1 k 5 LED 5 resistencias de 330 1 Punta lgica 1 Pinzas de corte 1 Pinzas de punta Alambres Introduccin El laboratorio de sistemas digitales brinda soporte a materias de las carreras del departamento de elctrica y computacin, relacionadas directamente con la electrnica analgica o digital. Dispone de instrumentos de medicin bsicos como son multmetros y osciloscopios, fuentes de tensin, generadores de seal y componentes electrnicos. Adems, cuenta con equipo de cmputo como apoyo complementario a la realizacin de las prcticas. En el caso especfico de la materia de circuitos digitales, son auxiliares para la simulacin de circuitos. Antes de iniciar la prctica el alumno debe llenar un vale para solicitar el material que utilizar durante la realizacin de la misma. El estudiante debe estudiar la prctica que est por realizar antes de llegar al laboratorio. De esta manera, el estudiante aprovecha al mximo el tiempo destinado al laboratorio. Lo ideal para la realizacin de las prcticas de laboratorio es que el estudiante tenga su propio material (componentes electrnicos y herramienta bsica), de tal forma que llegue al laboratorio con la prctica lista para verificar su funcionamiento. En esta prctica el estudiante conocer fsicamente algunos de los componentes que utilizar durante el curso. As como algunas sugerencias que le permitan realizar las prcticas adecuadamente. A continuacin se describen algunos de estos componentes. Una tablilla de experimentos se utiliza para desarrollar prcticas de laboratorio o prototipos de cualquier sistema digital y/o analgico. Esta tablilla se puede dividir en



dos secciones principales: conexin de fuentes de alimentacin y conexin de componentes, ver figura 1.1. La continuidad que existe entre cada punto de conexin se debe a que por debajo de la tablilla existen unas placas conductoras. En la seccin de fuentes de alimentacin la continuidad es por filas, mientras en la seccin de componentes la continuidad es por columnas. Una tablilla sencilla tiene filas en la parte superior e inferior para conectarse a +5 V y tierra. Cada hilera se divide en dos, para tener una fila continua, es necesario conectar con alambre cada mitad como se indica en la figura 1.1. Algunas tablillas utilizan colores para identificar a qu fuente estn conectadas, el rojo se utiliza para +5 V y el azul para tierra. Adems, es recomendable utilizar colores especficos para cada tipo de dato como son entradas, salidas, conexiones intermedias, etc. Si cada conexin est perfectamente identificada por alambres de color es ms fcil encontrar errores. En la seccin intermedia de la tablilla se interconectan los componentes. Los circuitos integrados (CIs) se insertan en la tablilla de modo que cubran la ranura que est en la parte media. El acceso a cada terminal del circuito se hace va los grupos verticales de cinco conexiones continuas. Deben emplearse alambres cortos para hacer las conexiones de cada CI a la fuente de alimentacin, ver figura 1.1. De la misma forma deben utilizarse alambres de medida exacta para cualquier conexin. Esto tambin permite una fcil localizacin de errores.

Figura 1.1 Tablilla de experimentos En el laboratorio se encuentra disponible la tablilla de pruebas IDL-800 (Probador lgico). Esta tablilla incluye la tablilla de experimentos de la figura 1.1. En la figura 1.2 se indica en forma de bloques su distribucin la cual se puede dividir en dos secciones. En la seccin superior se encuentra el interruptor de encendido, un generador de funciones y un vltmetro digital. En generador de funciones puede proporcional una seal senoidal, triangular o cuadrada con cinco intervalos de frecuencia desde 1 Hz hasta 100 kHz. La amplitud depende del tipo de seal. Para una onda senoidal la salida es variable de 0 a 8 Vpp. La amplitud de la onda triangular es de 0 a 6 Vpp fija y para la onda cuadrada tambin es fija de 0 a 8 Vpp. El vltmetro puede medir tensiones en corriente continua hasta 200 Vcc, divido en cuatro escalas.

+ V

GND

Conexin a +5 V

Ranura de separacin

Cada grupo vertical de cinco es una lnea continua

Conexin a tierra

Deben instalarse alambres de interconexin en la parte media para tener continuidad en toda la fila

Conexin de fuentes de alimentacin

Conexin de fuentes de alimentacin

Conexin de componentes



En la seccin inferior se realiza la interconexin de componentes. La tablilla de experimentos se localiza en el centro. Los interruptores que estn en la parte inferior derecha se utilizan para proporcionar los unos y los ceros a las terminales de entrada de los CIs. Cuando estn hacia arriba se tiene un uno y hacia abajo un cero. Las entradas que no se utilicen deben conectarse con un alambre a +5 V o a 0 V, segn sea el caso. Las salidas se conectan a los diodos emisores de luz (LED) que se localizan en la parte superior derecha. Todos los CIs necesitan fuentes de tensin para su polarizacin, en la parte media izquierda se localizan las fuentes de tensin, como se mencion anteriormente, para circuitos TTL se utilizan las fuentes fijas de 5 Vcc. La tablilla de pruebas dispone de otros interruptores para proporcionar diferentes entradas como son 5V/0/+5V y pulsos. La salida se puede representar en BCD por medio de indicadores de siete segmentos. En la parte superior izquierda se ubican estos indicadores.

Figura 1.2 Tablilla de pruebas IDL-800 Digital Lab La figura 1.3 indica la forma en que se pueden conectar los interruptores para proporciona un uno o un cero. Como se puede observar en la figura 1.3(a) la resistencia se conecta a 5V, el interruptor a tierra y la unin de los dos proporciona la salida lgica de 0 1. Mientras el interruptor est abierto la corriente fluye de la fuente hacia la salida por medio de la resistencia y se obtiene un 1 lgico. Al cerrar el interruptor, la

ENCENDIDO

VOLTMETRO

GENERADOR DE FUNCIONES

Indicador de 8 bits LEDs

Indicador de 7 segmentos Indicar de ctodo comn (display)

Fuente fija de tensin

5 Vcc

Fuente variable de 0 a + 15 Vcc


-5 Vcc

Fuente variable

de 0 a 15 Vcc


5 Vcc

A

daptadores

Interruptores de

5V/0/+5V

Interruptores de pulso

Interruptores de datos 8 bits

Tablilla de experimentos



terminal de salida se pone a tierra y as proporciona un 0 lgico. La resistencia se utiliza para evitar un cortocircuito entre 5 V y tierra. En la figura 1.3(b) la conexin de los componentes es diferente, ahora el interruptor se conecta a 5 V y la resistencia a tierra. Si el interruptor est abierto, la salida se conecta a tierra a travs de la resistencia a tierra para generar el 0 lgico. El 1 lgico se obtiene al cerrar el interruptor pues los 5 V pasan directamente a la salida. En ambos circuitos la terminal de salida se conecta a la terminal de entrada del CI. Al iniciar una prctica se parte del hecho de que las entradas estn en ceros y considerando que normalmente los interruptores estn abiertos es ms recomendable utilizar la conexin de la figura 1.3(b).

a) b)

Figura 1.3 Conexin de entradas y salidas Cuando se trabaja con lgica positiva, esto es, un uno se representa con un nivel de tensin de 5 V aproximadamente, de manera visual se espera ver un LED encendido que indica la presencia de un uno lgico. Un LED es un dispositivo de dos terminales nodo y ctodo. Cuando se polariza directamente esto es, nodo a un nivel positivo de tensin y ctodo a un nivel ms negativo, el LED se polariza y enciende. Si se conecta al contrario, no se polariza y por lo tanto, no enciende. Las terminales nodo y ctodo de un LED se pueden identificar de la siguiente manera: 1. La terminal del ctodo es la que tiene la marca, ver figura 1.4.

Figura 1.4 LED 2. Usualmente, la terminal del nodo tiene una longitud mayor que la del ctodo. 3. La cara plana del encapsulado est del lado del ctodo del LED, ver figura 1.5.

Figura 1.5 Vista inferior de un LED

+5 V

Hacia la terminal de entrada

Interrupto

R=1 k

Terminal de ctodo Terminal de nodo

Marca

Terminal de ctodo Terminal de nodo

+5 V

Hacia la terminal de entrada

Interrupto

R=1 k



4. Se puede conectar un LED a una resistencia como se indica en la figura 1.6(a), si el

LED no enciende, hay que voltear las terminales del LED. Cuando el LED enciende, el ctodo est conectado a tierra y el nodo a un nivel de tensin. Es muy importante siempre conectar un resistor limitador de corriente al LED, de lo contrario se convertir en un diodo emisor opaco.

En la figura 1.6(b) se muestra la conexin de un LED cuando se trabaja con lgica positiva, esto es, en la salida se genera un uno, por lo tanto, en el nodo se tiene nivel de tensin que polariza al LED y lo enciende. Al trabajar con lgica negativa una salida activa se representa con un cero, entonces este cero debe polarizar al LED, por lo tanto, debe conectarse al ctodo (negativo) para polarizarlo con un cero, como se indica en la figura 1.6(c), el nodo se conecta directamente a +5 V. a) Polarizacin directa b) Lgica positiva c)Lgica negativa

Figura 1.5 Polarizacin de un LED La fuente de alimentacin tiene una salida fija de +5 V para trabajar con TTL, o una variable para CMOS. Asegurarse de conectar la fuente de +5 V. La fuente debe permanecer apagada antes de insertar o retirar los circuitos integrados. Es recomendable apagar la tablilla de pruebas siempre que se realice una modificacin al circuito, para evitar daar componentes. Las terminales del circuito integrado se distribuyen en un patrn definido. En uno de los extremos de la parte superior del circuito integrado aparece una ranura o crculo. Las terminales se enumeran en sentido contrario al del giro de las manecillas del reloj a partir de dicha ranura. El CI de la figura 1.7, es un circuito con doble hilera de terminales o DIP (dual in line package). Tambin es comn encontrar CIs con 14, 20, 24 y 40 terminales.

Figura 1.7 Circuito integrado con doble hilera de terminales

De la terminal de salida

R=330 nodo

Ctodo

+5 V

R=330 nodo

Ctodo

+5 V

R=330

nodo

Ctodo

De la terminal de salida

DM74LS283N 9025

16 15 14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5 6 7 8

Ranura o muesca

El CI puede tener una muesca pequea cerca de la terminal 1



La identificacin de los CIs se hace con un nmero de cdigo que est estampado en la parte superior de stos. El prefijo es el cdigo del fabricante. Los dos nmeros siguientes denotan la familia a la que pertenece el CI, tal como TTL o CMOS. Si despus aparecen letras, entonces stas sealan la subfamilia a la que pertenece el CI. Los nmeros que siguen indican la funcin del circuito y, las ltimas letras el tipo de encapsulado. Por ejemplo,

DM 74 LS 283 N

Digital monoltico TTL comercial Schotky de bajo

consumo de potencia

Sumador binario de cuatro bits

Encapsulado de plstico con doble

hilera de terminales Adems del nmero del CI, en algunas ocasiones aparece el cdigo de la fecha de fabricacin. Por ejemplo, el nmero 9025 indica que el CI se fabric en la semana 25 del ao 1990. Es muy importante no confundir los dos cdigos. Antes de iniciar cualquier prctica, es necesario buscar en un manual de especificaciones (ECG, RCA o Texas Instruments) la informacin del CI para obtener el diagrama de terminales el cual especifica dnde conectar la fuente de alimentacin, las seales de entrada, las de salida y las de control o habilitacin. Existes dos tipos de manuales. El ECG o RCA proporciona informacin del nombre y distribucin de las terminales. El manual de Texas Instruments brinda informacin completa sobre el funcionamiento, caractersticas elctricas, diseo del circuito, diagramas de tiempos y diagramas de conexin. Cada CI que se requiera para la prctica debe insertarse en la tablilla como se indic anteriormente. Siempre deben conectar primero las terminales Vcc (+5 V) y la tierra (0). Uno de los principales problemas por los que funciona un circuitos debe a que se olvida conectar alguna o ambas de estas terminales, y se pierde mucho tiempo al intentar corregir una falla cuando el nico problema es una fuente de alimentacin sin conectar. En la figura 1.8a se muestra la distribucin de las terminales de un circuito sumador 74283 y un circuito sumador 7483 (figura 1.8b) de Texas Instruments.

a) 74283 b) 7483

Figura 1.8 Distribucin de terminales de un circuito sumador aritmtico.



Los CIs 7483 y 74283 internamente estn diseados para realizar la misma funcin, sin embargo, la distribucin de las terminales es diferente como se puede observar en la figura 1.8. Cuando se trabaja con CIs TTL, es importante conectar todas las entradas, aun cuando no se utilicen, porque las entradas que quedan flotando (esto es, sin conectar) son interpretadas por el CI como unos. Por lo tanto, es primordial identificar las entradas del CI que no se utilizarn en la prctica y conectarlas a tierra o a Vcc, segn el tipo de entrada. La conexin de los componentes se realiza por medio de alambres. Es recomendable que el alumno tenga sus propias pinzas de corte y de punta para cortar los alambres. Un instrumento muy utilizado para el anlisis de circuitos digitales es la punta lgica. Esta punta indica si existe un uno lgico, un cero lgico o pulsos. Como se puede observar en la figura 1.9, LO indica un cero (LED verde encendido), HI indica un uno (LED rojo) y PULSE (LED amarillo) pulsos. La punta lgica funciona conectando la terminal roja a una fuente positiva - +5 V para TTL - y terminal negra a tierra, seleccionando el tipo de dispositivo TTL o CMOS. La punta de prueba se coloca en el punto de anlisis haciendo contacto con el componente. Adems, emite un sonido indicando la presencia de un nivel lgico. La punta lgica tambin ayuda a detectar una falla en el cable, cuando ningn LED enciende y la punta s est polarizada, significa que el cable no est haciendo contacto.

Figura 1.9 Punta lgica

HI

PULS

TT

CM

OS

PULS

ME

M

+ Vcc Tierra

Conexin a la fuente de

alimentacin

Punta de prueba

Seleccin del tipo dispositivo



Procedimiento 1. El alumno debe solicitar el material listado al inicio de la prctica por medio de un

vale. 2. Dibuje la distribucin de terminales del circuito sumador utilizado, incluir nmero y

nombre de terminal, as como Vcc y tierra. Indique el nmero del circuito integrado (CI).

3. Inserte el CI en la tablilla de pruebas lo mas cercano a alguna de las fuentes de

tensin de 5 V. 4. Polarice el circuito sumador.

4.1. Corte dos alambres con una longitud equivalente a la distancia de las terminales del CI que se van a conectar. Utilice la pinza de punta para sujetar el alambre mientras lo corta.

4.2. Conecte la terminal Vcc del CI a +5 V de la tablilla de pruebas o fuente de tensin.

4.3. Conecte la terminal de tierra a GND de la tablilla de pruebas o fuente de tensin.

5. Energice la punta lgica.

5.1. Conecte la terminal roja a +5 V 5.2. Conecte la negra a GND de la tablilla de pruebas.

6. Utilice la punta lgica para visualizar el nivel lgico en que se encuentran algunas

terminales del CI, como lo pide la tabla 1.1. Escriba LO (verde) o HI (rojo) en la columna de nivel lgico segn lo indique la punta lgica.

Tabla 1.1 Niveles lgicos

Terminal Pin nmero Nivel lgico

Vcc

Tierra

B1

S1 1



Preguntas 1. Cmo debe insertarse un CI a la tablilla de pruebas?

2. Cmo se enumeran las terminales de un CI?

3. Para qu se utiliza la tablilla de pruebas?

4. Qu funcin tienen los interruptores?

5. Para qu se utilizan los LEDs?

6. Cul es la funcin de la punta lgica?



Conclusiones por integrante

Referencias Bignell James W. y Robert L. Donovan. Electrnica Digital. Ed. CECSA. Mxico, segunda reimpresin 1999. Circuits Evaluator IDL-800 Digital Lab. User Manual & Practice.

Circuitos Digitales Prctica 2. Introduccin al CircuitMaker


CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 2 INTRODUCCIN AL CIRCUIT MAKER





PRCTICA 2. INTRODUCCIN AL CIRCUIT MAKER Objetivo El alumno utilizar las herramientas bsicas del programa CircuitMaker para realizar simulacin de circuitos digitales. Material utilizado Equipo de cmputo Introduccin El CircuitMaker es una herramienta que se utiliza para capturar diagramas, simular circuitos y disear diagramas de circuitos impresos, fue desarrollada por MicroCode Engineering Inc. Algunas caractersticas se listan a continuacin:

Es un programa de simulacin y diseo de sistemas digitales. Permite disear y probar circuitos en la computadora sin tener que comprar

componentes caros y equipo de prueba. Es fcil de usar y genera resultados profesionales. Es ideal para profesionistas, estudiantes y aficionados.

Con CircuitMaker se puede:

Disear nuevos circuitos ms rpido. Ajustar o modificar los diseos de circuitos ya existentes. Tratar escenarios que pasa si .... Ampliar sus conocimientos de electrnica. Crear lista de conexin de componentes (netlist) para usar con TraxMaker u

otros programas de diseo de circuitos impresos. Los pasos a seguir para simular un circuito digital son los siguientes:

1. Seleccionar todos componentes. 2. Conectar los componentes. 3. Simular el circuito.

En la seleccin de componentes existen tres formas para buscar un componente:

utilizando el cono PARTS. Herramienta usado para desplegar y seleccionar dispositivos.

presionando la letra s (minscula). empleando las funciones HOTKEYS 1 y HOTKEYS 2 del men.

A los componentes se les puede asignar una letra o nmero especfico, de tal forma que con slo presionar ese nmero o letra se obtiene el componente, lo que se conoce como hotkey. Comnmente, los componentes ms utilizados tienen hotkeys. EL men DEVICE SELECTION se divide en varias secciones, como se puede observar en la figura 1.1:



MAJOR DEVICE CLASS. En esta seccin se elige el tipo de dispositivo que se

busca. Por ejemplo, si se busca un componente digital se escoge DIGITAL BY FUNCTION o si ya se conoce el nmero del CI DIGITAL BY NUMBER.

MINOR DEVICE CLASS. Una vez seleccionado el tipo de dispositivo, en este grupo aparecen los componentes correspondientes a ese tipo. Por ejemplo, dentro de los componentes digitales por funcin se tienen: compuertas, contadores, registros, etc.

DEVICE SYMBOL. En este apartado, se muestran los nmeros de los componentes correspondientes a la clasificacin menor.

ANALOG/DIGITAL DEVICE. En este cuadro se muestra el diagrama del CI seleccionado. En la figura 1.1 se especifica que es un componente que funciona en modo analgico y digital. El diagrama se puede rotar 90 o reflejar.

MODEL/SUBCIRCUIT. Aqu se listan los diferentes nmeros de CI que corresponden al componente seleccionado, incluyendo una breve descripcin del mismo y algunas caractersticas elctricas.

LABEL VALUE. Aparece el nombre seleccionado en DEVICE SYMBOL y si as se requiere el usuario puede cambiar esta etiqueta.

HOT KEY. En esta seccin se puede observar si el componente tiene asignada una letra o nmero, y el usuario tiene la opcin de cambiarla o asignarla.

Una vez elegido el componente, se presiona SELECT y el componente aparece en la hoja de trabajo.

Figura 1.1 Men seleccin de dispositivo Una vez seleccionados todos los componentes, es necesario conectarlos de acuerdo a lo que pide la prctica. Existes dos formas para realizar las conexiones: manual o automtica. Para realizar el alambrado:



1. Seleccione la herramienta WIRE TOOL 2. Coloque la herramienta en la lnea de conexin. Cuando la herramienta est

haciendo contacto aparece un rectngulo rojo. 3. Alambrado automtico:

a. Presione el botn izquierdo del ratn y arrastre el ratn hacia la otra lnea de conexin y cuando aparezca el rectngulo rojo libere el botn izquierdo del ratn.

4. Alambrado manual: a. Presione una vez el botn izquierdo del ratn para que se realice la

conexin. b. Libere el botn izquierdo del ratn. c. Mueva el ratn hasta la posicin en que requiera un cambio de 90 grados

en el alambre. d. Presione una vez el botn izquierdo del ratn, para realizar este cambio. e. Si requiere otro cambio de direccin del alambre, presione una vez el

botn izquierdo del ratn. f. Conecte el alambre a la otra terminal de conexin.

Despus de conectar el circuito, es necesario verificar su funcionamiento, para la simulacin:

1. Seleccionar el modo de simulacin con el cono DIGITAL/ANALOG. En modo digital aparece el smbolo de la compuerta AND . En este curso la mayora de las simulaciones son en modo digital. En modo analgico aparece el smbolo de un transistor.

2. Activar la herramienta de ejecucin o paro. 3. Durante la simulacin se pueden cambiar las seales de entradas para observar

un cambio en la salida. 4. La simulacin se detiene al presionar nuevamente la herramienta de ejecucin o

paro.

Durante la simulacin se puede utilizar la herramienta TRACE como si fuera una punta lgica. Una vez activada la herramienta, los alambres azules indican un cero, los rojos un uno lgico y los verdes alta impedancia o una mala conexin. Los circuitos simulados sirven de referencia para la realizacin de la parte fsica de la prctica. Una vez que la simulacin es la correcta, se puede alambrar el circuito con la confianza de que el diseo funciona, si se presenta una falla en la verificacin, puede ser ocasionada por una mala conexin o una falla del CI. El programa CircuitMaker, tiene una funcin que permite editar la presentacin del CI, es decir, permite modificar el nombre, agregar el nmero del CI, hacer visibles los nmeros y nombre de cada terminal, as como seleccionar el componente interno que se utilizar. Esto facilita el alambrado fsico. En esta prctica slo se utilizarn estas herramientas bsicas.



Procedimiento 1. Coloque en la hoja de trabajo del CircuitMaker los siguientes componentes:

1.1. Fuente 5V (SOURCES) 1.2. Tierra (SOURCES) 1.3. Led (DISPLAYS) 1.4. Resistencia (PASSIVE COMPONENTS) 1.5. Interruptor SPST (SWITCHES).

2. Interconecte los componentes como se indica en la figura 1.2.

LED1

+V5V

1k

Figura 1.2 Polarizacin de un LED. 3. Seleccione la herramienta de simulacin. 4. Active la herramienta de trazo. 5. Coloque el cursor en el interruptor y presione el botn izquierdo del ratn. Observe

como el LED se enciende y se apaga. Preguntas

1. Cul es el objetivo de simular un circuito?

2. Considera importante la simulacin de un circuito?



3. Observando el diagrama y sin considerar el funcionamiento del circuito, cmo puede saber si la conexin de cada alambre fue la correcta?

4. Cuales son los pasos a seguir para simular un circuito?


Referencias CircuitMaker Tutorial CircuitMaker Help

Circuitos Digitales Prctica 3. Sumador de cuatro bits. Simulacin


CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 1 SUMADOR DE CUATRO BITS. SIMULACIN





PRCTICA 3. SUMADOR DE CUATRO BITS. SIMULACIN Objetivo El alumno utilizar el CircuitMaker para realizar sumas y restas de nmeros binarios en los formatos complemento a 1 y complemento a 2. Material utilizado Equipo de cmputo. Introduccin El CI 74283 hace la suma de dos nmeros de cuatro bits, A3A2A1A0 y B3B2B1B0, ms un acarreo de entrada C0 (Cin) que proviene de una suma previa:

C0

A3 A2 A1 A0

+ B3 B2 B1 B0

Estas entradas se proporcionan manualmente +5 V para 1, 0 V para un 0

En la figura 3.1 se muestra el circuito lgico de los circuitos sumadores de acuerdo al Circuit Maker. Al no indicar el nmero de cada terminal los dos dispositivos se ven idnticos. Por esta razn es importante identificar el nmero del componente y sus terminales. Los pines de Vcc y Tierra no aparecen en el diagrama de la figura 3.1, por omisin todos los circuitos ya estn polarizados a 5 V.

Figura 3.1 Distribucin de terminales de los CIs 74283 y 7483 (Dibujos del Circuit- Maker) Las entradas que quedan flotando (esto es, sin conectar) son interpretadas por el CI como unos. Si no se desea un acarreo hacia la primera columna (C0=0), entonces debe conectarse a tierra. Las salidas son el resultado de la suma, y se conectan a los LEDs para observarlas. Un 1 en la salida debe encender el LED, mientras que un 0 no debe hacerlo. El C0 es un acarreo que viene de una suma previa. Los acarreos C1, C2 y C3 los maneja el CI internamente, y C4 (Cout) representa el sobreflujo o acarreo hacia la columna siguiente. Las otras salidas se marcan con (sigma) y denotan la suma. 3, 2, 1 y 0 representan las sumas de las columnas 4, 3, 2 y 1 respectivamente.

74LS83AA41A33A28A110B416B34B27B111

Cin13

s4 15s3 2s2 6s1 9

Cout 14

74LS283 A4 12 A3 14 A2 3 A1 5 B4 11 B3 15 B2 2 B1 6

Cin 7

s4 10s3 13s2 1s1 4

Cout 9



C0

A3 A2 A1 A0

+ B3 B2 B1 B0

C4 3 2 1 0 El 74283 est diseado para realizar la operacin de suma A+B=. Si se requiere de otra operacin como la resta de A-B, entonces el valor de B de ser negativo A+(-B)=A-B. El valor negativo de B se puede representar en complemento a 1 o complemento a 2. Procedimiento 1. Conecte los componentes como se muestra en la figura 3.2, a excepcin de eliminar

las resistencia de 330 ohm.

Figura 3.2 Sumador de 4 bits

2. Utilizando el circuito de la figura 3.2 realizar cinco sumas de nmeros positivos.

En la tabla 3.1(a) escribir en el formato decimal los nmeros que se van a sumar y el resultado, tal como se indica en el segundo rengln. En la tabla 3.2(b), convertir a binario los nmeros anotados en las columnas A, B y Cin de la tabla 3.2(a), segn corresponda. El resultado obtenido del circuito, escribirlo en las columnas Cout y .

Tabla 3.1 Sumas de nmeros sin signo

(a) (b)

A B Cin A B Cin Cout

8 7 1 16 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0

9 5 0

11 3 1

+V +V +V +V +V +V +V +V

S1 S0S2 S3C4

+V

74LS83AA4A3A2A1B4B3B2B1

Cin

s4s3s2s1

Cout

1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k

330 330330 330330

1k C0



3. Realice seis operaciones de resta de nmeros en complemento a 1 utilizando la

forma A-B=. Donde B es el complemento a 1 de B. Resuelva la tabla 3.3 como se indica en el ejemplo del segundo rengln. En la tabla 3.3(a) escribir los nmeros que se van a restar en el formato decimal. En la tabla 3.3(b) escribir los nmeros en binario, segn lo indique la columna correspondiente. El resultado obtenido del circuito se anota en la cuarta columna de la tabla 3.3(b). El acarreo de entrada no se utiliza, por lo tanto, debe conectarse a tierra para que no afecte al resultado.

Tabla 3.3 Resta en Complemento a 1

(a) (b)

A - B A B Ca1 de B Cout

10 - 1 9 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0

13 - 6

3 - 10

-

-

- 4. Realice seis operaciones de resta de nmeros en complemento a 2 utilizando la

forma A-B=. Donde B es el complemento a 2 de B. Resuelva la tabla 3.4 como se indica en el segundo rengln. Resuelva la tabla 3.4 como se indica en el ejemplo del segundo rengln. En la tabla 3.4(a) escribir los nmeros que se van a restar en el formato decimal. En la tabla 3.4(b) escribir los nmeros en binario, segn lo indique la columna correspondiente. El resultado obtenido del circuito se anota en la cuarta columna de la tabla 3.4(b). El acarreo de entrada no se utiliza, por lo tanto, debe conectarse a tierra para que no afecte al resultado.

Tabla 3.4 Suma en Complemento a 2 a) b)


12 - 4 8 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0

7 - 5

6 - 13

-

-

- 9. En el reporte, anexe la impresin del circuito simulado en Circuit Maker.



Preguntas

1. Cul es la diferencia entre un circuito integrado sumador 7483 y un 74283?

2. Cmo se puede realizar una resta, utilizando un circuito sumador?

3. Si el resultado obtenido en la simulacin es incorrecto, cmo se puede detectar en qu parte del circuito est la falla?

4. Qu sucede si la terminal del acarreo de entrada Cin (C0) no se conecta ni a tierra ni Vcc?

5. Si se polariza el CI y no se conectan las terminales de entrada A, B y Cin ni a tierra ni a Vcc. Qu se obtiene como resultado en las terminales de salida del circuito integrado?




Referencias Bignell James W. y Robert L. Donovan. Electrnica Digital. Ed. CECSA. Mxico, segunda reimpresin 1999. Floyd T. L. Fundamentos de Sistemas Digitales. 6 edicin. Trad. M Jos Gmez Cao. Madrid: Ed. Prentice Hall. 1997. (Original publicado en 1997). Tocci Ronald J. Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones. 6 edicin. Trad. Francisco G. Noriega. Mxico: Ed. Prentice Hall. 1996. (Original publicado en 1995).

Circuitos Digitales Prctica 4. Sumador de cuatro bits


CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 4 SUMADOR DE CUATRO BITS





PRCTICA 4. SUMADOR DE CUATRO BITS Objetivo El alumno utilizar una tablilla de pruebas y conectar un circuito integrado sumador (74283 7483) para realizar sumas y restas de nmeros binarios en los formatos complemento a 1 y complemento a 2. Material utilizado 1 tablilla de experimentacin (protoboard) tablilla de pruebas IDL-800 Digital Lab 1 CI 74283 ( 7483) 9 Interruptores (dip-switch) 9 Resistencias de 1 k 5 LED 5 resistencias de 330 1 Punta lgica 1 Pinzas de corte 1 Pinzas de punta Alambres Introduccin Esta prctica es la realizacin fsica de la prctica anterior. En esta prctica se utiliza el sumador 74283 para sumar nmeros binarios. El 74283 es un circuito integrado TTL. La informacin ms importante sobre TTL es la siguiente: Las conexiones a la fuente de alimentacin reciben el nombre de Vcc y tierra. Vcc

siempre se conecta a +5 V, mientras que la tierra se conecta a 0 V. En las terminales de salida un cero lgico puede variar entre 0 V y 0,4 V, mientras

que un uno lgico puede oscilar entre 2,4 V y 5 V. Cuando una terminal de entrada no se conecta, el CI toma esta entrada como un

nivel lgico de uno. En esta prctica, las seales de entrada se conectan a +5 V para indicar un uno lgico, y a tierra para denotar el cero lgico.

Como se mencion en la prctica anterior el CI 74283 hace la suma de dos nmeros de cuatro bits, A3A2A1A0 y B3B2B1B0, ms un acarreo de entrada C0 (Cin) que proviene de una suma previa:

C0

A3 A2 A1 A0

+ B3 B2 B1 B0

Estas entradas se proporcionan manualmente +5 V para 1, 0 V para un 0

Las entradas que quedan flotando (esto es, sin conectar) son interpretadas por el CI como unos. Si no se desea un acarreo hacia la primera columna (C0=0), entonces debe conectarse a tierra. Las salidas son el resultado de la suma, y se conectan a los LEDs para observarlas. Un 1 en la salida debe encender el LED, mientras que un 0 no debe hacerlo. El C0 es un acarreo que viene de una suma previa. Los acarreos C1, C2 y C3 los maneja el CI internamente, y C4 (Cout) representa el sobreflujo o acarreo hacia la



columna siguiente. Las otras salidas se marcan con (sigma) y denotan la suma. 3, 2, 1 y 0 representan las sumas de las columnas 4, 3, 2 y 1 respectivamente.

C0

A3 A2 A1 A0

+ B3 B2 B1 B0

C4 3 2 1 0 El 74283 est diseado para realizar la operacin de suma A+B=. Si se requiere de otra operacin como la resta de A-B, entonces el valor de B de ser negativo A+(-B)=A-B. El valor negativo de B se puede representar en complemento a 1 o complemento a 2. Procedimiento 5. Dibuje la distribucin de terminales del circuito sumador utilizado, incluir nmero y

nombre de terminal, as como Vcc y tierra. Indique el nmero del circuito integrado (CI).

6. Polarice el circuito sumador. Conecte la terminal Vcc del CI a +5 V y la terminal de

tierra a GND de la tablilla de pruebas. 7. Conecte el CI como se muestra en la figura 4.1. Si utiliza la tablilla de pruebas la

entradas se conectan directamente a los interruptores y las salidas a los LEDs.

Figura 4.1 Sumador de 4 bits

+V +V +V +V +V +V +V +V

S1 S0S2 S3C4

+V

74LS83AA4A3A2A1B4B3B2B1

Cin

s4s3s2s1

Cout

1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k

330 330330 330 330

1k

C0



Considere que son nueve datos de entrada y la tablilla dispone solo de 8 interruptores, identifique a qu otro interruptor se puede conectar el acarreo de entrada. Al escribir un nmero binario siempre el bit ms significativo se pone a la izquierda y el bit menos significativo a la derecha. De esta forma deben ordenarse los LEDs y los interruptores, esto ayuda a identificar el nmero binario ms fcilmente. 8. Utilizando el circuito de la figura 4.1 realizar cinco sumas de nmeros positivos.

En la tabla 4.1(a) escribir en el formato decimal los nmeros que se van a sumar y el resultado, tal como se indica en el segundo rengln. En la tabla 4.1(b), convertir a binario los nmeros anotados en las columnas A, B y Cin de la tabla 4.1(a), segn corresponda. El resultado obtenido del circuito, escribirlo en las columnas Cout y .

Tabla 4.1 Sumas de nmeros sin signo

(a) (b)

A B Cin A B Cin Cout

8 7 1 16 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0

9 5 0

11 3 1

9. Realice seis operaciones de resta de nmeros en complemento a 1 utilizando la

forma A-B=. Donde B es el complemento a 1 de B. Resuelva la tabla 4.2 como se indica en el ejemplo del segundo rengln. En la tabla 4.2(a) escribir los nmeros que se van a restar en el formato decimal. En la tabla 4.2(b) escribir los nmeros en binario, segn lo indique la columna correspondiente. El resultado obtenido del circuito se anota en la cuarta columna de la tabla 4.2(b). El acarreo de entrada no se utiliza, por lo tanto, debe conectarse a tierra para que no afecte al resultado.

Tabla 4.2 Resta en Complemento a 1

(a) (b)


10 - 1 9 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0

13 - 6

3 - 10

-

-

-



10. Realice seis operaciones de resta de nmeros en complemento a 2 utilizando la forma A-B=. Donde B es el complemento a 2 de B. Resuelva la tabla 4.3 como se indica en el segundo rengln. Resuelva la tabla 4.3 como se indica en el ejemplo del segundo rengln. En la tabla 4.3(a) escribir los nmeros que se van a restar en el formato decimal. En la tabla 4.3(b) escribir los nmeros en binario, segn lo indique la columna correspondiente. El resultado obtenido del circuito se anota en la cuarta columna de la tabla 4.3(b). El acarreo de entrada no se utiliza, por lo tanto, debe conectarse a tierra para que no afecte al resultado.

Tabla 4.3 Suma en Complemento a 2 a) b)


12 - 4 8 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0

7 - 5

6 - 13

-

-

- Preguntas

1. Si el resultado obtenido en el circuito alambrado en el laboratorio es incorrecto, cmo se puede detectar en qu parte del circuito est la falla?

2. Qu sucede si el acarreo de entrada Cin (C0) no se conecta ni a tierra ni Vcc?

3. Si el circuito integrado no se polariza, qu resultado se obtiene a la salida del

circuito sumador?



4. Si se polariza el CI y no se conectan las terminales de entrada A, B y Cin ni a tierra ni a Vcc. Qu se obtiene como resultado en las terminales de salida del circuito integrado?



Circuitos Digitales Prctica 5. Comprobacin de tablas de verdad de compuertas Lgicas


CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 5 COMPROBACIN DE TABLAS DE VERDAD DE

COMPUERTAS LGICAS





PRCTICA 5. COMPROBACIN DE TABLAS DE VERDAD DE COMPUERTAS LGICAS

Objetivo El alumno simular y comprobar las tablas de verdad de las compuertas lgicas bsicas. Material utilizado: Equipo de cmputo Componentes para simulacin: 1 CI 7400 1 CI 7402 1 CI 7404 1 CI 7408 1 CI 7432 1 CI 7486 1 CI 74266 1 LED 1 resistencia de 330 3 interruptores 3 resistencias de 1 k Introduccin: En esta prctica slo se utilizan compuertas TTL. A diferencia de los CI TTL, donde una entrada que no se conecta se considera como un uno, en los CI CMOS una entrada sin conectar puede variar entre un 1 0, debido a su alta impedancia de entrada. Para evitar esto, cuando se trabaja con CI CMOS todas las entradas deben conectarse ya sea a la fuente de alimentacin o a tierra. En los CI TTL una entrada con nivel alto puede oscilar entre 2,0 V y 5,0 V, mientras que una entrada con nivel bajo puede estar entre 0 V y 0,8 V. Por otra parte, una salida de nivel alto puede variar entre 2,4 V y 5,0 V, mientras que una salida con nivel bajo puede hacerlo entre 0 V y 0,4 V. En esta prctica, se emplean niveles de tensin estticos para verificar las tablas de verdad de varias compuertas.



Procedimiento 1. Obtenga las tablas de verdad de las siguientes compuertas bsicas. Dibuje el smbolo lgico indicando el nmero de cada terminal.

a). INVERSOR 7404

Smbolo lgico Tabla de verdad

b). AND 7408


c). OR 7432

Smbolo lgico Tabla de verdad d). NAND 7400


Entrada Salida A Y

0

1

Entradas Salida A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1


0 0

0 1

1 0

1 1


0 0

0 1

1 0

1 1



e). NOR 7402

Smbolo lgico Tabla de verdad f). XOR 7486


g). XNOR 74266 (NOT-XOR-)


2. Anexe la impresin de todos los circuitos anteriores previamente simulados.


0 0

0 1

1 0

1 1


0 0

0 1

1 0

1 1


0 0

0 1

1 0

1 1



Preguntas

1. Para qu sirve una tabla de verdad?

2. Por qu son importantes las compuertas lgicas?

3. En una compuerta AND, si las dos entradas estn desconectadas cul es el valor de la salida de esta compuerta?

4. Considerando el funcionamiento de una compuerta OR, en qu aplicaciones de la vida diaria se puede utilizar?


Circuitos Digitales Prctica 6. Anlisis de formas de onda utilizando CircuitMaker


CIRCUITOS DIGITALES

PRCTICA 6 ANLISIS DE FORMAS DE ONDA UTILIZANDO

CIRCUITMAKER





PRCTICA 6. ANLISIS DE FORMAS DE ONDA

UTILIZANDO CIRCUITMAKER. Objetivo El alumno utilizar las herramientas del programa CircuitMaker para analizar formas de onda de circuitos lgicos y realizar mediciones de amplitud y tiempo. Material y equipo utilizado Equipo de cmputo Introduccin El anlisis de sistemas digitales normalmente se enfoca al monitoreo de nmeros binarios, principalmente en sistemas combinacionales. Sin embargo, este anlisis no permite determinar caractersticas de funcionamiento como es el tiempo de propagacin. Cuando se trabaja con lgica secuencial, el sistema digital depende de una seal de reloj y de una serie de impulsos. Con estos sistemas ya no es suficiente slo utilizar LEDs para su anlisis, es necesario utilizar otro tipo de instrumentos para obtener diagramas de tiempos que permitan realizar un anlisis ms a fondo del comportamiento del circuito. En el CircuitMaker se pueden realizar dos tipos de simulaciones para obtener diagramas de tiempos. Cuando es necesario medir variables como tiempo o voltaje se puede utilizar un generador de funciones y la herramienta de formas de onda. En este caso la simulacin slo se puede realizar de forma analgica, de tal forma que slo se pueden utilizar componentes que funcionan en modo anlogo/digital. La herramienta de formas de onda permite el uso de cursores para medir tiempo y voltaje, se pueden amplificar las seales para obtener una mejor exactitud de medicin y se pueden manipular cada una de las seales de forma individual para colocarlas en diferentes lugares de la pantalla. Adems, permite maximizar la ventana de formas de onda al tamao del monitor de la computadora. En caso de no ser necesario la medicin de variables, pero s es importante analizar el diagrama de tiempos, es recomendable realizar simulaciones utilizando el instrumento digital SCOPE y la herramienta de formas de onda. La simulacin se realiza en modo digital. La ventana de formas de onda que se obtiene muestra el diagrama de tiempos y no permite hacer mediciones, amplificaciones o maximizar la ventana. Esta prctica se enfoca en la medicin de algunos parmetros, por lo tanto, slo se utilizar el generador de seales y la herramienta de formas de onda, trabajando en modo de simulacin analgica.



Procedimiento 1. Anlisis del diagrama de tiempos de una compuerta OR.

1.1. Seleccin de componentes. 1.1.1. En el men de seleccin de dispositivos, busque en instrumentos,

analgicos, el generador de seal. Seleccinelo. Tambin los puede elegir presionando la letra g.

1.1.2. Duplique el generador de seal. 1.1.3. Presione el nmero 4, para seleccionar la compuerta OR. 1.1.4. Presione la letra r, para colocar una resistencia. Cambie el valor de la

resistencia a 330 ohm en el men de edicin. 1.1.5. Presione el nmero 0, para seleccionar la conexin a tierra. 1.1.6. Duplique la conexin a tierra. 1.1.7. En el men de seleccin de dispositivos, busque en indicadores un LED

tipo diodo. 1.2. Conecte los componentes como se muestra en la figura 6.1.

1.0kHz

-1/1V

1.0kHz

-1/1V

LED1

330

Figura 6.1.

1.3. Configuracin de los generadores de seal.

1.3.1. Seleccione un generador de seal y presione dos veces el botn izquierdo

del ratn. 1.3.2. En la pantalla aparece el men de edicin del generador de seal, como

se muestra en la figura 6.2.

Figura 6.2. Men de edicin de onda senoidal generador de seal.



1.3.3. Seleccione la opcin wave. En la pantalla aparece el men que se

muestra en la figura 6.3.

Figura 6.3. Men de edicin del generador de seal.

1.3.4. Seleccione la opcin pulse/triangle/sawtooth. En la pantalla aparecer el men de edicin de datos, como se muestra en la figura 6.4.

1.3.5. Modifique el perodo, el ancho de pulso, como se indica en la figura 6.4. La seal generada tiene una frecuencia de 800 kHz y un ciclo de trabajo del 24%.

1.3.6. Configure el segundo generador con un perodo de 416.7 ns y un ancho de pulso de 150 ns. La seal generada tiene una frecuencia de 2.4MHz y un ciclo de trabajo es de 36%.

Figura 6.4. Men de edicin de datos del pulso.

1.3.7. El dibujo del generador de seales se actualiza a la frecuencia programada, como se puede observar en la figura 6.5.



LED1

2.4MHzGenerador 2

0/5V

800kHzGenerador 1

0/5V

330

Figura 6.5.

1.4. Ejecucin del circuito.

1.4.1. Seleccione el modo de simulacin analgico. 1.4.2. Ejecute el programa. En este momento, se abre una nueva pantalla de

anlisis transitorio. 1.4.3. La herramienta de prueba y la de formas de onda se habilita

automticamente. 1.4.4. Coloque la herramienta de prueba en la lnea de conexin que va del

primer generador de seal a una entrada de la compuerta OR. Presione una vez el botn izquierdo del ratn.

1.4.5. Coloque la herramienta de prueba en la lnea de conexin que va del primer generador de seal a una entrada de la compuerta OR. Mantenga presionada la tecla SHIFT y presione el botn izquierdo del ratn.

1.4.6. Coloque la herramienta de prueba en la lnea de conexin de salida de la compuerta OR. Mantenga presionada la tecla SHIFT y presione el botn izquierdo del ratn.

1.4.7. En caso de perder la pantalla de anlisis transitorio. Seleccionar la opcin view del men principal y al final se encuentra la opcin transient analysis o presione ALT-F3.

1.4.8. En la figura 6.6 se muestra la ventana de anlisis transitorio con las seales.

Xa: 3.000u Xb: 0.000Yc: 3.600 Yd: 0.000

a-b: 3.000uc-d: 3.600

freq: 333.3k

Ref=Ground X=time(S)

Y=voltag

e

d

c

b aA

B

C

Figura 6.6. Diagrama de tiempos.

1.4.9. En la pantalla de anlisis transitorio, active la opcin man. 1.4.10. Utilice la flecha horizontal izquierda para que la seal se vea en toda la

grfica. 1.4.11. Con el botn izquierdo del ratn seleccione la letra del canal

correspondiente a la seal de salida.



1.4.12. Coloque el ratn en la grfica y presionando el botn izquierdo, mueva la seal de salida hacia abajo.

1.4.13. Utilice la flecha vertical superior para disminuir la amplitud de la seal de salida.

1.4.14. Repita los pasos del 1.4.10 al 1.4.13 para mover la seal de cada una de las entradas, de tal forma que las tres seales queden separadas como en un diagrama de tiempos.

1.5. Dibuje el diagrama de tiempos obtenido para la compuerta OR en la figura 6.7.

Figura 6.7. Diagrama de tiempos de una compuerta OR.

2. Medicin del tiempo de subida y bajada de la seal del generador de funciones. El tiempo de subida de una seal, es el tiempo que tarda en cambiar esa misma seal de nivel bajo a nivel alto. Se mide del 10% al 90% de la seal. El tiempo de bajada de una seal, es el tiempo que tarda en cambiar esa misma seal de nivel alto a nivel bajo. Se mide del 90% al 10%de la seal.

2.1. Seleccin de componentes. 2.1.1. Seleccione un generador de seal. 2.1.2. Presione el nmero 2, para seleccionar el inversor. 2.1.3. Seleccione una resistencia de 330 ohm. 2.1.4. Seleccione la conexin a tierra. 2.1.5. Duplique la conexin a tierra. 2.1.6. Seleccione un LED tipo diodo.

2.2. Conecte los componentes como se muestra en la figura 6.8.

1.0kHz

-1/1V

LED1

330

Figura 6.8. Conexin del inversor.



2.3. Configuracin del generador de seal.

2.3.1. Seleccionar el generador de seal y presionar dos veces el botn izquierdo del ratn.

2.3.2. En la pantalla aparece el men de edicin del generador de seal, como se muestra en la figura 6.9.

Figura 6.9. Men de edicin de onda senoidal generador de seal.

2.3.3. Seleccione la opcin wave. En la pantalla aparece el men que se muestra en la figura 6.10.

2.3.4. Seleccione la opcin pulse/triangle/sawtooth. En la pantalla aparecer el men de edicin de datos, como se muestra en la figura 6.12.

2.3.5. Modifique el perodo y el ancho de pulso, como se indica en la figura 6.11.

Figura 6.10. Men de edicin del generador de seal.



Figura 6.11. Men de edicin de datos del pulso.

2.4. El dibujo del generador de seales se actualiza a la frecuencia programada, como se puede observar en la figura 6.12.

10.MHz

0/5V

LED1

330

Figura 6.12.

2.5. Ejecucin del circuito.

2.5.1. Seleccione el modo de simulacin analgico. 2.5.2. Ejecute el programa. En este momento, se abre una nueva pantalla de

anlisis transitorio. 2.5.3. La herramienta de prueba y la de formas de onda se habilita

automticamente. 2.5.4. Coloque la herramienta de prueba en la lnea de conexin que va del

generador de seal a la entrada del inversor. Presione una vez el botn izquierdo del ratn.

2.5.5. Coloque la herramienta de prueba en la lnea de salida del inversor. Mantenga presionada la tecla SHIFT y presione el botn izquierdo del ratn.

2.5.6. En caso de perder la pantalla de anlisis transitorio. Seleccionar la opcin view del men principal y al final se encuentra la opcin transient nlisis o presione ALT-F3.

2.5.7. En la figura 6.13 se muestra la ventana de anlisis transitorio con las seales.



Xa: 500.0n Xb: 0.000Yc: 5.400 Yd: 0.000

a-b: 500.0nc-d: 5.400

freq: 2.000Meg

Ref=Ground X=time(S)

Y=voltage

d

cb a

A

B

Figura 6.13. Ventana de anlisis transitorio. 2.6. Medicin de amplitud, periodo y frecuencia. Escriba los resultados en la tabla

6.1.

2.6.1. Mida la amplitud de la seal de entrada utilizando los cursores c y d. 2.6.2. Mida la amplitud de la seal de salida utilizando los cursores c y d. 2.6.3. Mida el periodo de la seal de entrada utilizando los cursores a y b. 2.6.4. Mida el periodo de la seal de salida utilizando los cursores a y b. 2.6.5. Calcule la frecuencia de la seal de entrada. 2.6.6. Calcule la frecuencia de la seal de salida.

Tabla 6.1 Mediciones de amplitud, periodo y frecuencia.

Medicin Seal de entrada Seal de salida

Amplitud

Periodo

Frecuencia

2.7. Medicin de tiempo de subida y tiempo de bajada de la seal del generador de funciones. En la tabla 6.2 escriba los resultados de las mediciones.

2.7.1. Amplifique la ventana de anlisis transitorio. 2.7.2. Amplifique una parte de las seales en la que abarque el cambio de nivel

bajo a nivel alto de la seal de entrada. Para amplificar una seccin dibuje un cuadro con el ratn, presione el botn izquierdo para iniciar la seleccin, mantenga presionado el botn y arrastre el ratn, y cuando ya tenga seleccionado el cuadro, libere el botn izquierdo del ratn.

2.7.3. Coloque el cursor c al 10% de la amplitud de la seal de entrada. 2.7.4. Coloque el cursor d al 90% de la amplitud de la seal de entrada. 2.7.5. Coloque el cursor b en el punto de cruce del cursor c y la seal de

entrada. 2.7.6. Coloque el cursor a en el punto de cruce del cursor d y la seal de

entrada. 2.7.7. La distancia que existe entre los cursores a y b, equivale a la medicin

del tiempo de subida. 2.7.8. Repita los pasos anteriores para medir el tiempo de bajada de la seal de

entrada.



Tabla 6.2 Medicin de tiempos de subida y bajada de la seal del generador

Medicin Seal del generador

tr s

tf s

3. Medicin del tiempo de propagacin de un inversor. El tiempo de propagacin es el tiempo de respuesta de un circuito. Es decir, despus de aplicar un cambio en la entrada, cuanto tiempo tarda en cambiar la salida. Se mide del 50% de la seal de entrada, al 50% de la seal de salida. El tiempo de propagacin de nivel alto a nivel bajo tphl, es el tiempo que tarda la salida en cambiar de nivel alto a nivel bajo. El tiempo de pro

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