Compuertas Logicas

CIRCUITOS DIGITALES DIGITALES

Introducción FUNCIONES BASICAS Y SUS CIRCUITOS REPRESENTATIVOS

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

Compuertas Lógicas Instructor: Alfredo Jiménez

Instructor: Alfredo Jimenez

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CIRCUITOS DIGITALES

• La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.

• En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que haga posible la miniaturización de circuitos.

Niveles de integración El término nivel de integración se usa para ind icar la cantidad de transistores en un chip de s ilicio. Cuantos más transistores y otros componentes se ensamblen sobre un chip, más compuertas y sistemas habrá en ese chip. Por lo tanto, po drán lograrse más funciones con menos chips.

Instructor: Alfredo Jiménez


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CIRCUITOS DIGITALES

• Los niveles de integración comúnmente se definen del siguientemod o: • Integración de pequeña escala (SSI) en el cual existe un pequeño número de compuertas o funcionesen un circuito integrado. Las próximas actividades se centrarán en este t ipo de circuito. • Integración de mediana escala (MSI) Un número relativamente grande de circuitos (varias docenas) se ub ican en una única pieza de silicio. • Integración de gran escala (LSI) Varios cientos de compuertas y sistemas ubicados en un chip. • Integración de muy gran escala (VLSI) Decenas de miles o aún millones de compuertas y otros sistemas se ubican en una pieza de silicio. Ejemplos de tales componentes incluy en chips de memoria, microprocesadores, controladores y más.

Ejemplos de series de circuitos SSI •

7400 -CuádruplecompuertaNAND con dos entradas

•

Este circuitointegradocomprende cuatro compuertasNAND condos entradas porcada compuerta.

•

7402 - Cuádruplecompuerta NORcon dosentradas

•

Este circuitointegradocomprende cuatro compuertasNOR condos entradas porcada co mpuerta.

•

7411 - Triplecompuerta ANDcon tres entradas

•

Este circuito integrado comprende tres compuertas NAND con tres entradas por cada compuerta

•

4002 - Doble compuerta NOR con cuatro entradas Este circuito integrado tipo CMOS

•

4049 -Compuerta inversora (NOT) HAX Este circuito de tipo CMOS comprende seis

comprende dos compuertas NOR con cuatro entradas por cada compuerta.

CIRCUITOS SSI Todo circuito integrado(CI) posee un número de identif icación otorgado por el fa bric ante,así como ciertosdatosimpresosen los componentes. El número de identif icación determinael tipo de componente. En otras palabras,el número de identif icación del circuito integrado determina el tipo de función (de lasfuncionesque has estudiado en el módulo de Fundamento s de la electrónic a). Además, el número de identificación determina la serie a la que pertenece el circu ito integrado.

Interruptores lógicos Los circuitos lógicos digitales son redes complejas de interruptores hechos con transistores. Éstos circuitos lógicos simples se llaman compuertas . Como ejemplo tenemos: A A

B B

compuertas NOT

La lámpara enciende si A Y B están cerrados

La lámpara enciende si A O B están cerrados



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Circuitos lógicos con transistores

Compuerta AND 6V

Las 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.

A 10kW

Salida A 10kW

2N2222

4.7kW

A B

4.7kW

Salida

Compuerta OR A B Tierra Tierra Tierra +6V +6V Tierra +6V +6V

Salida +6V +6V +6V Tierra

6V A 10kW

2N2222

A B Tierra Tierra Tierra +6V +6V Tierra +6V +6V

Salida Tierra +6V +6V +6V

2N2222

2N2222 10kW

Salida

10kW

2N2222

B

2N2222

Salida Tierra Tierra Tierra +6V

B

Compuerta NAND 6V


B A B

Salida

10kW

Salida

A B

Salida

4.7kW


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CIRCUITOS DIGITALES

Resumen

Compuerta NOR 6V Salida

A 10kW

2N2222


Salida +6V Tierra Tierra Tierra

Sustituyendo los voltajes y las “tierras” por los dígitos binarios tenemos: A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

A and B A nand B A or B A nor B A xor B A xnor B 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1

2N2222

B A B

10kW 4.7kW

Salida

A B

Salida

Compuerta XOR

A B

Salida

Compuerta XNOR

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

Orden de los pines Ciertos datos son comunes a todos los circuitos integrados (CI). Los CI que estudiarás en este módulo generalmente tendrán de catorce a dieciséis pines de conexión. (Hay circuitos con tan solo cuatro pines y otros CI tienen mas pines)

El orden de los pines es idéntico en todos los circuitos integrados. En cada caso, debe identificarse el pin 1.


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Estructura Interna Circuito Integrado LS7400 14 13 12 11 10 9 8 Vcc

1


2

3

4

5

6

7

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4025

Tiempo de retardo de propagación Una entrada o salida de cualquier sistema digital puede tener uno de dos estados en c ualquier momento dado: 0 o 1. Cuando hay activid ad en el sistema, el estado de una entrada o sali da puede variar. El cambio de estado en la entrada o la salida no se refleja de inmediato. Más bien, se requiere un ciertotiempo que el sistema debe considerar. Este período se conoce como tiempo de retardo de propagación o simplemente ti empo de propagación. El cambioen los niveles lógicos normalm ente se grafica para permitir el análisis del ca mbio como una función de tiempo. En ese tip o de gráfic o, conocidocomo diagrama de tiempo, el ejehoriz ontales en realidad una línea de tie mpo. El tiempo de propagación es el tiempo que transcurredesde el momento en que sem odifica la entrada hasta el momento en que se modifica la salida. Cuanto máscorto es el período, con másrapidez opera el sistema.



Diagrama de tiempo de bajo a alto El gráfico refleja una función NOT, que significa que la sali daestá siempre en posici ón opuesta a la entrada. El gráfico muestra el cambio en la salida resultantedel cambio en la tensión de entr ada como una función de tiempo. Cuando la entrada cambiade alta a baja, transcurridoun tiempo ocurreun cambio en la sali da. Este lapso sellama , por supuesto,esla variable común que se util iz apara representar el tiempo El subíndice"plh" significa "propagationlow to high," (propagaciónde bajo a alto), o en otras palabras, el tiempo que demora el sistema en pasar de posiciónbaja a p osic ión alta luego de un cambio en la señal de entrada.

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Diagrama de tiempo de alto a bajo • El subíndice "phl" significa "propagation f rom low to high" (propagación de bajo a alto). En otras palabras, es el tiempo que le toma al sistema caer desde la posición alta a la posición baja luego de un cambi o en la señal de entrada.

Tableta protoboard

Cable telefónico blindado

Uso de la tableta protoboard Puedes agregar otros componentes, como LEDs, o enganchar otras tabletas de experimentación

Resistencias


Circuitos integrados

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Los puentes o interconexiones se hacen con un cable de cobre protegido con plástico aislante

Todos las entradas comparten la misma información, los grupos se mantienen independientes La alimentación – + del circuito se coloca en los extremos a lo largo de la tableta

Energizamos una línea para alimentar al circuito integrado

Al insertar cualquier patita de un componente, automáticamente queda conectada toda la columna

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

Alrededor de cada agujero existe un recubrimiento metálico para las conexiones de soldadura


Tolerancia

Área de trabajo para los circuitos

Área de interfaz con otros circuitos

Uso de resistencias

Las líneas energizadas corren alrededor del circuito

Negro

0

0

X1 Ω

Café

1

1

X10 Ω

Dorado: ±5%

Rojo

2

2

X100 Ω

Plateado: ±10%

Naranja

3

3

X1,000 Ω

Ninguno: ±20%

Amarillo

4

4

X10,000 Ω

Verde

5

5

X100,000 Ω

Azul

6

6

X1’000,000 Ω

Violeta

7

7

X10’000,000 Ω

Gris

8

8

X100’000,000 Ω

Blanco

9

9

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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 Ω entre el LED y tierra

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FIN

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