EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº1
Compuertas lógicas e u PLD!
Instituto Tecnológico de Apizaco. García Hernández, Michel Fernando. Compuertas lógicas en un !"
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ractica 2o. 8 Compuertas lógicas en un !" García Hernández, Michel Fernando. Michelgarcia8BBgmail.com Instituto Tecnológico de Apizaco
I.#$%&TI'#( &n esta práctica )ue realizada para un me*or conocimiento del )uncionamiento + comportamiento de las compuertas al aplicar una seal de entrada. (e aprendió a utilizar un so)t-are llamado roteus para la simulación del circuito Al igual ue otro so)t-are llamado (/&00# para la programación de 1ste. I 2T0#"/CCI32 !as puertas lógicas son circuitos electrónicos capaces de realizar operaciones lógicas 4ásicas !as compuertas pueden ser lógicas directas + lógicas negadas. Cada compuerta tiene un sím4olo gra)ico di)erente + su operación puede descri4irse por medio de una )unción alge4raica. !as relaciones de entrada 5 salida de las 6aria4les 4inarias para cada compuerta pueden representarse en )orma ta4ular en una ta4la de 6erdad con 789 + 9:. II.
III.
C#M/&0TA( &2 &! CI0C/IT#
A.
Compuerta inversora (Not)
&l circuito 2#T es un in6ersor ue in6ierte el ni6el lógico de una seal 4inaria. roduce el 2#T, o )unción complementaria. &l sím4olo alge4raico utilizado para el complemento es una 4arra so4re el sím4olo de la 6aria4le. (i la 6aria4le 4inaria posee un 6alor :, la compuerta 2#T cam4ia su estado al 6alor 8 + 6ice6ersa ;Fig. 8<. !a ecuación característica ue descri4e el comportamiento de la puerta 2#T es= >
Compuertas lógicas en un !".
Fig. 8 (ím4olo + ta4la de 6erdad de la compuerta 2#T B.
Compuerta Or
!a compuerta #0 produce la )unción sumadora, esto es, la salida es 8 si la entrada A o la entrada $ o am4as entradas son 8? de otra manera, la salida es :. &l sím4olo alge4raico de la )unción #0 ;@<, es igual a la operación de aritm1tica de suma. !as compuertas #0 pueden tener más de dos entradas + por de)inición la salida es 8 si cualuier entrada es 8 ;Fig. <. !a ecuación característica ue descri4e el comportamiento de la puerta #0 es=
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Fig. . (im4olo + ta4le de 6erdad de la compuerta #0 C.
Compuerta Xor
!a puerta lógica #0DeEclusi6a, más conocida por su nom4re en ingl1s #0, realiza la )unción 4ooleana A$@A$. (u sím4olo es ;signo más @ inscrito en un círculo<. &n la )igura de la derecha pueden o4ser6arse sus sím4olos en electrónica ;Fig. <. !a ecuación característica ue descri4e comportamiento de la puerta #0 es=
el
Fig. J (ím4olo + ta4la de 6erdad de la compuerta 2#0 E.
Compuerta NOR
La puerta lógica
NO-O,
más conocida por su nombre
en inglés NOR , realiza la operación de suma lógica A
$
A #0 $
negada. En ocasiones es llamada también barra de
:
:
:
Pierce.2 En la figura de la derecha pueden observarse
:
8
8
sus
8
:
8
La ecuación característica
8
8
:
comportamiento
Fig. (im4olo + ta4le de 6erdad de la compuerta #0 D.
Compuerta XNOR
símbolos de
en electrónica. ue la
puerta
A
$
A 2#0 $
:
:
8
:
8
:
8
:
:
8
8
:
describe
el
!"#
es$
!a puerta 2#0 es una puerta lógica digital cu+a )unción es la in6ersa de la puerta #0 eEclusi6a ;#0 < . !a 6ersión de dos entradas implementa la igualdad lógica, comportándose de acuerdo a su ta4la de 6erdad. /na salida A!TA ;8< resulta si am4as las entradas a la puerta son las mismas. (i una pero no am4as entradas son A!TA( ;8<, resulta una salida $A%A ;:<, ;Figura J<. !a puerta 2#0 con entradas A + $ implementa la eEpresión
lógica
A
$
A 2#0 $
:
:
8
:
8
:
8
:
:
8
8
8
.
Compuertas lógicas en un !".
Fig. B (im4olo + ta4la de 6erdad de la compuerta 2#0
F.
Compuerta AND
!a puerta lógica AND, realiza la )unción 4ooleana de producto lógico. (u sím4olo es un punto ;K<, aunue se suele omitir. Así, el producto lógico de las 6aria4les A + $ se indica como A$, + se lee A + $ o simplemente A por $ ;Fig. L<.
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!a ecuación característica ue descri4e comportamiento de la puerta A2" A
$
A A2" $
:
:
:
:
8
:
8
:
:
8
8
8
el es=
!.
Circuito "ntegrado A#
&ste dispositi6o tiene las mismas propiedades lógicas ue el A!, pero puede ser 4orrado + reprogramado. !a GA! es mu+ Ntil en la )ase de prototipado de un diseo, cuando un )allo en la lógica puede ser corregido por reprogramación. !as GA!s se programan + reprograman utilizando un programador #A!, o utilizando la t1cnica de programación circuital en chips secundarios, ;Figura O<.
Fig. L (ím4olo + ta4la de 6erdad de la compuerta A2"
.
Compuerta NAND
La puerta lógica NAND, realiza la operación de producto lógico negado, %&ig. '( En ocasiones es llamada también barra de )heffer. La ecuación característica ue describe el comportamiento de la puerta !*!+ es$ A
$
A 2A2" $
:
:
8
:
8
8
8
:
8
8
8
:
Fig. (ím4olo + ta4la de 6erdad de la compuerta 2A2"
Compuertas lógicas en un !".
Fig. O Circuito integrado GA! $. Funcionamiento del A#
/na GA! permite implementar cualuier eEpresión en suma de productos con un nNmero de 6aria4les de)inidas. &l proceso de programación consiste en acti6ar o desacti6ar cada celda &CM#( con el o4*eti6o de aplicar la com4inación adecuada de 6aria4les a cada compuerta A2" + o4tener la suma de productos. !as celdas &CM#( acti6adas conectan las 6aria4les deseadas o sus complementos con las apropiadas entradas de las puertas A2". !as celdas &CM#( están desacti6adas cuando una 6aria4le o su complemento no se utiliza en un determinado producto. !a salida )inal de la puerta #0 es una suma de productos. Cada )ila está conectada a la entrada de una puerta A2", + cada columna a una 6aria4le de entrada o a su complemento. Mediante la programación se acti6a o desacti6a cada celda &CM#(, + se puede aplicar cualuier com4inación de 6aria4les de entrada, o sus complementos, a una puerta A2" para generar
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J
"& !A 0RCTICA 0&A!IQACI32 cualuier operación producto ue se desee. /na I'. celda acti6ada conecta de )orma e)ecti6a su A. 'aterial euipo utili*ado correspondiente )ila + columna, + una celda D roto4oard desacti6ada desconecta la )ila + la columna. D Ca4le tele)ónico D Circuito GA! ;G8L'O en este caso< !as celdas se pueden 4orrar + reprogramar D !eds + push 4uttons el1ctricamente. /na celda &CM#( típica puede D (o)t-are isp!&'&0 mantener el estado en ue se ha programado durante D (imulador 0#T&/(. : aos o más. !as macro celdas lógicas de salida D rogramador + (o)t-are (/&00#. D Generador d 6olta*e o un cargador de celular ;#!MCs< están )ormadas por circuitos lógicos ue de B 6olts. se pueden programar como lógica com4inacional o como lógica secuencial. !as #!MCs proporcionan B. +rocedimiento $) Reali*ación del circuito en +roto,oard mucha más )leEi4ilidad ue la lógica de salida )i*a rimero ue nada, el circuito de4e de ser armado en de una A! el proto4oard, se de4e de poner la GA! + poner los %. Con&iguración del A# ca4les de alimentación al igual ue los !eds en sus !a con)iguración de los pines del circuito respecti6as salidas ;6er )igura P para su con)iguración<. integrados la numeración 6a, a partir de la muesca puesta hacia arri4a, + desde la parte izuierda, desde el uno hasta el 8: en )orma descendente + comienza nue6amente su numeración en el lado derecho desde a4a*o en )orma ascendente como se muestra en la )igura P
%) Crear un arc-ivo para programar nuestra A#
Antes de empezar con el (o)t-are, el pro)esor tendrá ue mandar un archi6o para poder hacer la práctica, tendremos ue descargarlo + guardarlo. SImportante= 2o ol6iden donde se guardó, +a ue despu1s se utilizara
!o ue haremos a continuación sera hacer un archi6o para poder programar nuestro circuito GA!, para eso hacemos los siguiente= A4rir el so)t-are I( !&'&0
Fig. P Con)iguración de los pines
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B
"e6ice9 el cual está por orden al)a41tico, despu1s al lado derecho en 7"e6ice9 4uscaremos nuestro circuito el cual en nuestro caso es un 7GA! 8L!'O"9, Tendrá ue uedar como se muestra en la imagen antes de pulsar 7(iguiente9
A4rir un 72e- ro*ect9
Al dar clic en 72e- ro*ect9 nos aparecerá una 6entana en la cual de4emos de escoger el nom4re de nuestro pro+ecto, escoger la ruta donde lo guardaremos + escogeremos un 7design entr+ t+pe9 en donde escogeremos el llamado 7'H"!9, + a continuación pulsaremos en 7siguiente9 S2ota= es recomenda4le se cre1 una carpeta especí)ica para guardar nuestro pro+ecto, +a ue dentro de esta se crearan mucho archi6os.
"espu1s de pulsar siguiente, en la 6entana ue aparecerá tendremos ue agregar el archi6o anteriormente descargado, pulsaremos en 79Add source9, escogeremos el archi6o + aparecerá una 6entana en donde daremos 7oU9, despu1s de eso daremos en siguiente.
A continuación aparecerá una 6entana en donde estarán enlistados todas las con)iguraciones ue hicimos, compro4aremos ue estemos correctos, daremos en 7Finalizar9, en caso contrario lo recomenda4le es 6ol6er a empezar o re6isar en donde pudo ha4er sido la )alla + corregirla. !o primero ue se tiene ue hacer al aparecer la siguiente 6entana es acti6ar el cuadro donde dice 7(ho- #4solete "e6ices9, despu1s de hacer eso, es 7(elect "e6ice Famil+=9 $uscaremos 7GA! Compuertas lógicas en un !".
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L
"espues de eso, nuestro archi6o para programar nuestra Gal esta echo, 6amos a la ruta de guardado, donde guardamos nuetro pro+ecto + nos daremos "espu1s de guardar las con)iguraciones, en el cuenta ue se han creado 6arios archi6os, 4uscamos so)t-are aparecerá algo como lo siguiente= el ue tiene terminacion .%&" + lo guardamos, +a ue ese nos ser6ira mas adelante )
/imular el circuito en +roteus (+ara versión
0)
!o ue se hará a continuación es la simulación del circuito en un so)t-are llamado roteus O, el propósito de esto no es más ue entender el comportamiento del GA! antes de hacerlo practico. !o primero ue se tiene ue hacer es a4rir el "el lado izuierdo se encuentran 6arias opciones, so)t-are, despu1s de eso tendremos ue a4rir un del lado derecho sus su4índices? al dar clic en 7GA! nue6o pro+ecto, dándole clic en la parte 7I(I(9 para 8L!'O"D!%9, aparecerán un listado en el cual se poder empezar la simulación tendrá ue dar 6eces clic izuierdo en los siguientes para acti6arlos
Al hacer eso se pondrá una cuadricula en donde empezaremos a tra4a*ar, daremos clic, en la parte izuierda, en la 79 ue está en el cuadro azul.
(e repite el proceso para la parte izuierda nom4rada compuertas ;compuertas.6hd<<. (e acti6a lo siguiente=
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Aparecerá un listado con 6arios dispositi6os, 4uscaremos los dispositi6os ue utilizaremos, empezando por la GA!, para )acilitar, +a tenemos el nom4re de cómo están registrados los dispositi6os en el so)t-are, así ue se utilizara ahora= ara encontrar la GA!, so4re el 4uscador en 7Ve+-ords9 se escri4irá 7AM8L'O9, saldrá un dispositi6o + pulsaremos en 7#V9
Como se puede dar cuenta, el dispositi6o aparece en la parte izuierda en el recuadro 7"e6ices9, en )orma de listado, lo mismo ocurrirá con cada dispositi6o ue se asigne. Más tarde 4uscaremos !eds, se repite el proceso anterior + en 7Ve+-ords9 escri4imos 7!&"D0&" ;&n este caso se utilizó ese color, pero se puede usar cualuiera<, + pulsamos 7#V9.
!o ue se utilizara a continuación, será un (-itch, el cual se 4uscara como 7("D("T9 + pulsaremos 7#V9
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"espu1s de eso, +a se tienes los dispositi6os ue se utilizaran, a continuación arrastraremos los dispositi6os al centro de la pantalla para poder hacer las 7coneEiones9 necesarias + poder simular, para esto 6er la con)iguración de la GA! antes mostrada. (e utilizara la GA!, O !eds + (-itch, se puede acomodar de la manera más cómoda ue le parezca, lo importante es tener un orden en todo lo ue se hace.
Más tarde, 6iendo la con)iguración de nuestra GA! antes mencionada, conectaremos los !ed en las salidas ;de la 8 a la 8P<, + los (-itch en la entrada 78 + 9.
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O
Mas adelante, utilizaremos una )uente de poder para energizar nuestro circuito, 6amos a los dispositi6os de la parte izuierda + pulsamos en 7Generator mode9 pulsamos so4re el 7"C9
"espu1s 4uscaremos una tierra en donde se pueda aterrizar la salida de los dispositi6os, para eso, en la parte izuierda de la pantalla se encuentran 6arios dispositi6os más, le daremos clic en 7Terminals mode9 + en 7G0#W29 !o arrastramos + conectamos
(e colocaran las tierra + podremos aterrizar nuestros dispositi6os !isto, el circuito esta hecho, para poder ser un poco más realistas se puede hacer ue el generador de un 6olta*e de B 6olts, al dar dos clics so4re 1l se edita + pone 7oU9
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Ahora se corre el programa + 6emos ue e)ecti6amente )unciona, al mo6er los (-itch, + con los conocimiento aduiridos en 7Compuertas en el circuito9 al principio del documento, entenderemos el )uncionamiento de las salidas del circuito en la simulación
1) /e gra,ara el programa en la A#
(e gra4ara el programa en nuestra GA! /na 6ez ue +a se a simulado + +a se entendió el )uncionamiento del circuito, procederemos a uemar nuestro programa hecho en isp!e6er en nuestra GA!, para eso utilizaremos el so)t-are llamado (/&00#, al a4rirlo 4uscaremos e insertaremos el programa ue +a hemos hecho anteriormente ;terminación .%"&<, se selecciona el tipo de memoria a gra4ar, si se tiene algo escrito es necesario 4orrarlo, si no es así se procede a gra4ar
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P
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8:
&s un !" con una matriz A2" reprograma4le, una /na 6ez )inalizada la programacion de nuestra GA! matriz #0 )i*a + una lógica de salida programa4le procederemos a insertarla en nuestro roto4oard mediante una macro celda. &sta estructura permite con las coneEiones +a realizadas, auí utilizaremos implementar cualuier )unción lógica como suma el generador de 6olta*e o el cargador de celular para de productos con un nNmero de t1rminos de)inido. energizar nuestro circuito pulsar los push 4uttons + corro4orar ue sucede lo mismo ue en nuestra L.X&s necesario utilizar el so)t-are roteusZ simulación 2o es del todo necesario, sin em4argo si es Ntil para una ma+or comprensión de cómo tra4a*an los circuitos + sus componentes 2) Compro,acion del circuito
XYu1 usos se le podrías dar al circuito GalZ ues un uso simple ue se le puede dar es como para puerta de seguridad, +a ue en algunas salidas es necesario presionar las dos entradas para acti6arlos, como por e*emplo en la salida #0, 2#0 [ A2". OX&s necesario utilizar los otros so)t-aresZ Al )inalizar la práctica se pudo o4ser6ar ue )ue un (i, son mu+ necesarios +a ue sin ellos no 1Eito + todo salió como se espera4a. podríamos hacer el programa para uemarse en la GA! + por lo tanto esta no )uncionaria '.
0/&$A "& C#2#CIMI&2T#( C#2C!/(I#2&( /na puerta lógica, es un dispositi6o electrónico con una )unción 4ooleana. (uman, multiplican, niegan o a)irman, inclu+en o eEclu+en segNn sus propiedades lógicas. (on circuitos de conmutación integrados en un chip. [ se pueden aplicar a tecnología electrónica, el1ctrica, mecánica, hidráulica + neumática. ueden ser mu+ importantes para nuestra 6ida cotidiana +a ue por sus )unciones tienen 6arias aplicaciones, + esta práctica a+udo mucho al entendimiento de las )unciones 'I.
8XYu1 es una puerta lógicaZ &s un circuito ue realiza una operación lógica determinada XCuáles son las puertas lógicas más conocidasZ 2ot, And + #r
XYue es un !"Z &s un dispositi6o Integrado el cual su estructura lógica es con)igurada por el uien la usa, sus características pueden ser modi)icadas + almacenadas mediante la programación. 'II. F/&2T&( "& I 2F#0MACI32 \8] http=---.halc+on.compu4*ournals8ps:D JXYu1 es un A!Z 6idmar &s un dispositi6o programa4le mu+ simple, el ue \] http=es.-iUipedia.org-iUiuerta^l su circuito interno consiste en un arreglo de _C_$gica compuertas A2" + #0 \] http=---.pro)esormolina.com.arelectronicac omponentesintcomp^log.htm BXCómo )unciona el circuito GA!Z \J] http=---.aguilarmicros.meE.tlimagesne-: &s un tipo de circuito integrado, ue ha sido :::8JPLComp^!.pd) diseado con el propósito de sustituir a la ma+oría \B] http=es.-iUipedia.org-iUi! de las A!, manteniendo la compati4ilidad de sus _C_$gica^programada`GA!s terminales.
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'III. F#T#G0AFA [ C/00C/!/M &studiante de Ingeniería en Mecatrónica Datos personales
2om4re= García Hernández, Michel Fernando "irección= Calle : de 2o6iem4re `8:L, pue4lo Ignacio Qaragoza, Huamantla, TlaEcala 2o. Tel1)ono ;Cel. <= J8::8 &Dmail= michelgarcia8BBgmail.com
Objetivo:
Mi eEpectati6a la4oral a )uturo es o4tener un 4uen puesto en alguna empresa Experiencia Profesional:
&studio de Mantenimiento Automotriz en C$Tis :L8 &studio + armado de circuitos + prácticas en el Instituto Tecnológico de Apizaco Preparación Académica:
Alumno en Instituto Tecnológico de Apizaco en la especialidad de Ingeniería Mecatrónica Idiomas:
I2G!b(, 2i6el medio.
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