ObjetivoConstruir un sistema digital de tipo combinacional basado en circuitos con compuertas lógicas digitales, con el objeto de reforzar los conceptos de lógica alambrada de tipo combinacional con dispositivos de tecnología MSI o SSI. Así mismo, comprobar las tablas de verdad que rigen a cada compuerta lógica básica y encontrar los parámetros eléctricos más importantes de las compuertas TTL.

Correlación con los temas y subtemas del programa de estudios.

Esta práctica relacionará los contenidos temáticos 1.1.1, 1.1.2, 1.2.1, 1.2.2 de la Unidad I, así como los temas 2.1, 2.2 y 2.3 de la Unidad II, los cuales involucran la implementación de circuitos combinacionales con SSI y MSI de compuertas básicas, los fundamentos de la lógica digital y las principales características eléctricas de las compuertas.

Material y Equipo Necesarios

Material Equipo1 CI 74LS00 (4 compuertas NAND)1 CI 74LS02 (4 compuertas NOR)1 CI 74LS04 (6 compuertas NOT)1 CI 74LS08 (4 compuertas AND)1 CI 74LS32 (4 compuertas OR) 1 CI 74LS86 (4 compuertas X-OR)1 Regulador de voltaje positivo 5V tipo 78051 Resistencia de carbón 120Ω mínimo y 270Ω

máximo a Watt

2 Resistencia de carbón de 10KΩ a Watt.

1 Diodo LED1 Interruptor múltiple tipo Dip – Switch de 2 o más terminales.1 ProtoboardCable c/n1 Pinzas de corte 1 Pinzas de punta.

1 Fuente de alimentación de 12 V 1 Amp, usando regulador de 5 V.1 Multímetro digital1 Punta lógica1 Computadora con “Work-Bench” o “Proteus”

Marco Teórico

CI 74LS00 (4 compuertas NAND)

Compuertas lógicas NAND; NO-Y, se denomina también operador Y-NO. La salida está en estado lógico 1, si, y solamente si, una o varias entradas están en estado lógico 0.

Figura 1.1 Diagrama CI 74LS00 compuerta lógica NAND

CI 74LS02 (4 compuertas NOR)

Compuerta lógica NOR; O-NO, se denomina también operador NO-O y operador NI. La salida está en estado lógico 1, si, y solamente si, todas las entradas lógicas están en estado 0.

Figura 1.2 Diagrama CI 74LS02 compuerta lógica NOR

CI 74LS04 (6 compuertas NOT)

Compuertas lógicas NOT; se denomina operador NOT, inversor y operador negación; es el más sencillo de los operadores lógicos. La salida está en estado lógico 0, si, y solamente si, la entrada lógica está en estado 1.

Figura 1.3 Diagrama CI 74LS04 compuerta lógica NOT

CI 74LS08 (4 compuertas AND)

Compuerta lógica AND; Y, se denomina operador intersección, operador conjunción, la salida está en estado 1 si, y solamente si, todas las entradas están en estado 1.

Figura 1.4 Diagrama CI 74LS08 compuerta lógica AND

CI 74LS32 (4 compuertas OR)

Compuerta lógica OR; Posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas. Basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1.

Figura 1.5 Diagrama CI 74LS32 compuerta lógica OR

CI 74LS86 (4 compuertas X-OR)

Compuerta X-OR; También conocida como OR Exclusiva, suma lógica entre A por B invertida y A invertida por B.Al ser OR Exclusiva su salida será 1 si una y sólo una de sus entradas es 1.

Figura 1.6 Diagrama CI 74LS86 compuerta lógica X-OR

Metodología

Comprobación del funcionamiento de Circuitos Integrados; 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS08, 74LS32 y 74LS86.

Paso 1 Antes de iniciar la práctica es necesario conocer la ficha técnica de las compuertas en circuito integrado para poder identificar las terminales de alimentación positiva (Vcc), alimentación de referencia de tierra (GND) y terminales de entrada y de salida.

Paso 2 Una vez identificados tanto el funcionamiento como las terminales de los CI comenzamos por armar el circuito, colocando todos los dispositivos en el protoboard, alimentamos las terminales con +V y GND es importante asegurarse de que el Vcc que se le aplicará al protoboard sea de 5 volts CD, conectamos las terminales extremas del dip – switch hacia +Vcc, y los otros extremos se conectan a tierra, con un multímetro aseguramos que las entradas sean 5 y 0 volts al dar encendido y apagado respectivamente.

Paso 3 Instalamos el CI 74LS04 (inversor) en el protoboard, teniendo especial atención en que la fuente de alimentación se encuentre apagada, y revisando que el circuito este correctamente conectado, (con la muesca del circuito integrado a la izquierda). En seguida conectamos una salida del dip – switch a una entrada de la compuerta, y seguido de esto conectamos una salida de la compuerta hacia el LED en paralelo. (Recordemos que es conveniente colocar una resistencia entre la compuerta y el LED para evitar que éste pudiera dañarse).Alimentamos el circuito y movemos el interruptor cambiando entre “0” y “1”, observando que al introducir un “1” el LED se mantiene apagado, y la cambiar a un “0” el LED enciende. Y así, continuamente se repiten los pasos con las otras 5 compuertas del CI 74LS04, comprobando que todas funcionen correctamente.

Paso 4 Apagamos la fuente de alimentación y colocamos el CI 74LS32 (compuerta OR), de manera similar conectamos una entrada de la compuerta a las salidas del dip – switch, es importante recordar que ésta compuerta requiere de dos señales de entrada de diferente destino, así que en esta ocasión utilizaremos dos salidas diferentes del dip – siwitch. Y como en el caso anterior colocamos la salida de la compuerta hacia el LED (con su respectiva resistencia). Ahora comprobaremos por pares de entradas, colocando el dip – switch en “00”, “01”, “10” y “11”. Debido a la configuración de esta compuerta, podemos observar que el LED enciende en todas las posiciones a excepción del “00”.

Paso 5 Repetimos el experimento para los siguientes circuitos integrados: 74LS08 AND, 74LS02 NOR, 74LS00 NAND, 74LS86 X-OR. Tomando en cuenta la posición de entrada y salida de cada una de las compuertas, y registrando las salidas que brinda la compuerta con cada combinación de “0” y “1” en las tablas de verdad.

Tablas de verdad de la comprobación de los circuitos integrados

ANDA B Y0 0 00 1 01 0 01 1 1

NANDA B Y0 0 10 1 11 0 11 1 0

NORA B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0

ORA B Y0 0 00 1 11 0 11 1 1

X - ORA B Y0 0 00 1 11 0 11 1 0

NOT A YO 11 0

Cuestionario

1. Después de haber completado las tablas de verdad, ¿Qué similitud observa respecto al comportamiento de una compuerta OR con un circuito eléctrico con interruptores en paralelo? Utilizan la misma lógica de funcionamiento, ya que en un circuito en paralelo, un componente no

depende del otro para funcionar, así mismo podríamos decir que en la compuerta lógica OR una entrada no tiene una relación directa con la otra para entregar una salida, la salida refleja simplemente si en alguna de las dos entradas existe un positivo.

2. Después de haber completado las tablas de verdad, ¿Qué similitud observa respecto al comportamiento de una compuerta AND con un circuito eléctrico con un interruptor en serie? La relación es bastante directa, un circuito en paralelo depende de todos sus componentes para poder

funcionar, si alguno de ellos falla no entregara una salida positiva. De la misma manera una compuerta AND involucra sus dos entradas para combinarlas y de esta manera entregar una salida, si en alguna de las entradas de la compuerta se registra un “0” su salida siempre será “0” también.

3. Una compuerta NOR como la empleada, ¿Será el equivalente a colocar una compuerta OR con su salida conectada a la entrada de una compuerta NOT, analizando la salida de la NOT? Totalmente, ya que la compuerta NOR precisamente entrega lo contrario a la compuerta OR, por esa

razón si conectamos la salida de la OR a un inversor como lo es la compuerta NOT la salida de ésta última nos dará una negación de la OR, creando así una compuerta NOR.

4. De acuerdo al número de compuertas que contiene cada circuito integrado empleado, ¿Estos circuitos serán de tecnología SSI, MSI o LSI? Estamos hablando de CI con tecnología SSI, (Small Scale Integration) debido a que contiene menos de

13 compuertas cada uno de ellos.5. Escriba sus conclusiones al respecto de esta fase de la práctica.

Verificamos la parte teórica que vimos en clase comparando las tablas de verdad con los resultados obtenidos de la práctica. Los resultados fueron satisfactorios a pesar de los pequeños inconvenientes presentados, de los cuales la mayoría fueron debido a la deficiente calidad del cable.

Estos dispositivos actualmente solo se usan para la enseñanza, algo que es esencial dado que es lo más básico y si no entendemos cómo manejarlos y operarlos, los componentes más avanzados serán algo difíciles de usar.

Aplicación de generador de funciones y un osciloscopio de dos canales

Figura 2.1 Circuito de prueba de frecuencia para una compuerta NOT (inversora).

Paso 1 Una vez aseguradas las conexiones del circuito, energizamos el generador y conectamos la punta del osciloscopio del “Canal 1” a la punta de la salida del TTL del generador, calibramos el generador a 10Hz y nos aseguramos de que los niveles de señal de salida se encuentren en 5 y 0 volts, forma de onda cuadrada. En seguida conectamos la punta del “Canal 2” a la salida de la compuerta NOT y observamos la forma de onda y los niveles de voltaje. Tomamos nota en la tabla.

Paso 2 Cambiamos la frecuencia del generador a 100Hz, 1KHz, 10KHz, 100KHz, 1MHz, 10MHz y al límite superior que el generador ofrezca. Continuamos llenando la tabla con los respectivos resultados.

Frecuencia Generador Nivel de voltajeAlto

Nivel de voltajeBajo

Se deforma la señal de salida?si no

10 4.4 .17 100 4.6 .17 1K 4.6 .17

100K 4.6 .17 1M 4.2 .17 10M 3.4 .2

Limite de Generador 3.4 .4

Tabla 1.1 Resultados de la prueba de frecuencias de una compuerta en circuito integrado 74LS04 (compuerta NOT)

Figura 2.2 Desfasamiento de señales de entrada y salida en un inversor, con frecuencia de 100KHz

Paso 3 Coloque el CI 74LS04 (NOT) en el protoboard y energice sin conectar ninguna entrada ni salida. Mida con un miliamperímetro la corriente que consume este circuito abriendo la línea de alimentación en serie con el instrumento.

¿Cuánta corriente consume el CI 74LS04 (NOT) sin conectar entradas ni salidas?

4.4 mA

Paso 4 Conecte las entradas de todas las compuertas lógicas (6) del 74LS04 a un “1” lógico y mida la corriente que consume este circuito con un miliamperímetro.

¿Cuánta corriente consume el CI 74LS04 conectando todas sus entradas a un “1” lógico? 4.4 mA

Cuestionario

¿Qué observó respecto a la fase de las señales de entrada y salida de la compuerta inversora NOT? ¿A cuántos grados se desfasa la salida respecto a la entrada?

La salida de la compuerta se invierte y la señal se desfasa a 180°¿Qué paso con los niveles de voltaje en la salida de la compuerta NOT conforme se incrementó la frecuencia de trabajo?

El voltaje tuve un decremento, se redujo la cantidad de voltaje de salida.Escriba sus observaciones al respecto del consumo de corriente que tendría la compuerta NOT si sus entradas se hubieran conectado todas a un “0” lógico.

El consumo de corriente sería nulo, cero. Escriba sus conclusiones al respecto de esta fase de práctica

Web grafía

Nigroamnte, Circuitos Integrados, Rincón del vago. http://html.rincondelvago.com/circuitos-integrados_2.html Consultado el 9 de Septiembre 2010.

Jorge Alvarez Martinez, Cicuito integrado NOT TTL 7404, Gestialba. http://www.gestialba.com/public/electronica/eletacast003.htmConsultado el 9 de Septiembre 2010

Jorge Alvarez Martinez, Cicuito integrado NOT TTL 7400, Gestialba.http://www.gestialba.com/public/electronica/eletacast001.htmConsultado el 10 de Septiembre 2010

Jorge Alvarez Martinez, Cicuito integrado NOT TTL 7402, Gestialba.http://www.gestialba.com/public/electronica/eletacast002.htmConsultado el 10 de Septiembre 2010

Jorge Alvarez Martinez, Cicuito integrado NOT TTL 7408, Gestialba.http://www.gestialba.com/public/electronica/eletacast004.htmConsultado el 11 de Septiembre 2010