Laboratorio N° 02:
“Compuertas Lógicas”
1. OBJETIVOS
Adquirir conocimiento y destreza en el manejo de las compuertas lógicas y circuitos lógicos básicos equivalentes equivalentes a nivel de circuitos integrados. integrados. Representación Representación eléctrica los estados lógicos de las variables binarias y representación representación óptica del resultado de una función lógica. Verificar los resultados prácticos con el uso el simulador s imulador PROTEUS ISIS.
2. EQUIPOS Y COMPONENTES REQUERIDOS
Fuente de voltaje V DC = 5V, protoboard, cables de conexión y pelacables. C.I.: 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 74LS86 5 resistores de carbón de 220 (1/2W) y 5 LED’s.
3. INFORMACIÓN TEÓRICA A) FAMILIAS LÓGICAS:
Una familia lógica de circuitos integrados digitales monolíticos, es un grupo de puertas lógicas (o compuertas) compuertas) construidas usando uno de varios diseños diferentes, usualmente con niveles lógicos compatibles y características características de fuente de poder dentro de una familia. Tipos de familias lógicas: Dentro de las familias lógicas se encuentran DL (Lógica de Diodo) RTL (Lógica de Resistencia-Transistor) DTL (Lógica de Diodo-Transistor) ECL (Lógica de Acoplamiento de Emisor) TTL (Lógica de Transistor-Transistor) IIL ó I2L (Lógica Inyección Integrada) MOS (Semiconductor Oxido Metal) PMOS (MOS tipo-P) NMOS (MOS tipo-N) CMOS (MOS Complementario) BiCMOS (CMOS Bipolar)
Transistor-Transistor Logic Tecnología TTL: Acrónimo Inglés de Transistor-Transistor
Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.
Características.
Su tensión de alimentación característica característica dentro del rango: 4,75V 5,25V. Los niveles lógicos: entre 0,2V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto). s u mejor base, La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, L(bajo consumo), S (serie rápida schottky) LS (rápida de bajo consumo) , etc. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.
Semiconductor Tecnología CMOS: del inglés Complementary Metal Oxide Semiconductor Semiconductor Semiconductor Complementario de Óxido Metálico, es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados (chips). Su principal característica característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas. En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados
que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, DSPs y muchos otros tipos de chips digitales. Características.
Su tensión de alimentación característica dentro del rango: 3V - 18V. Son sencillos de diseñar. Alta densidad de integración, menor consumo de energía, menor costo. Versiones de CMOS: HC y HCT.
B) FUNCIONES Y COMPUERTAS LÓGICAS Tabla de verdad de las funciones lógicas: Variables
AND
OR
NOT
NAND
NOR
XOR
XNOR
X Y
X .Y
X Y
X
X .Y
X Y
X Y
X Y
00 01 10 11
0 0 0 1
0 1 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
1 0 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
Diagramas esquemáticos de las compuertas lógicas con circuitos integrados estándar de la serie TTL 74LSxx: NAND: 74LS00
C.I.: 74LS00
NOR: 74LS02
NOT: 74LS04
AND: 74LS08
OR: 74LS32
XOR: 74LS86
XNOR: 74LS266
4. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 4.1 Implementar la función lógica OR utilizando sólo compuertas NAND:
Implemente en protoboard el circuito de la figura 4. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A1 y B1), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 1. Tabla de verdad (1) Entradas Salida A1
B1
Led 1
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
0v 2.05v 2.05v 2.05v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 5. Manipule los controles de estado lógico (A1 y B1) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 2 Tabla de verdad (2) Entradas Salida A1
B1
S1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
Para el circuito lógico de la figura 5, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S1 en función de A1 y B1.
A1*A1*B1*B1 = A1*B1 = A1+B1 = A1+B1
4.2 Implementar la función lógica AND utilizando sólo compuertas NOR:
Implemente en protoboard el circuito de la figura 6. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A2 y B2), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 3.
Tabla de verdad (3) Entradas Salida A2
B2
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
Led 2 0v 0v 0v 2.05v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 7. Manipule los controles de estado lógico (A2 y B2) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 4 Tabla de verdad (4) Entradas Salida A2
B2
S2
0 0 1 1
0 1 0 1
0 0 0 1
Para el circuito lógico de la figura 7, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S2 en función de A2 y B2.
A1+A1+B1+B1 = A1+B1 =A1*B1 =A1*B1 4.3 Implementar el Teorema de D’MORGAN, caso-1:
Implemente en protoboard el circuito de la figura 8. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A3 y B3), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 5. Tabla de verdad (5) Entradas Salida A3
B3
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
Led 3 2.05v 2.05v 2.05v 0v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 9. Manipule los controles de estado lógico (A3 y B3) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 6 Tabla de verdad (6) Entradas Salida A3
B3
S3
0 0 1 1
0 1 0 1
1 1 1 0
Para el circuito lógico de la figura 9, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S3 en función de A3 y B3.
A3+B3 = A3*B3 4.4 Implementar el Teorema de D’MORGAN, caso-2:
Implemente en protoboard el circuito de la figura 10. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A4 y B4), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 7. Tabla de verdad (7) Entradas Salida A4
B4
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
Led 4 2.05v 0v 0v 0v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 11. Manipule los controles de estado lógico (A4 y B4) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 8 Tabla de verdad (8) Entradas Salida A4
B4
S4
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 0 0
Para el circuito lógico de la figura 11, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S4 en función de A4 y B4.
A4*B4 = A4+B4 4.5 Implementar la función lógica XOR utilizando las compuertas AND, OR y
NOT:
Implemente en protoboard el circuito de la figura 12. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A5 y B5), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 9. Tabla de verdad (9) Entradas Salida A5
B5
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
Led 5 0v 2.05v 2.05 0v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 13. Manipule los controles de estado lógico (A5 y B5) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 10. Tabla de verdad (10) Entradas Salida A5
B5
S5
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
Para el circuito lógico de la figura 13, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S5 en función de A5 y B5.
(A5*B5)+(A5*B5) 4.6 Implementar la función lógica XNOR utilizando las compuertas AND, OR y
NOT
Implemente en protoboard el circuito de la figura 14. Manipule el estado de los conmutadores que representan las variables binarias (A6 y B6), observe y anote el estado lógico del Led en la tabla 11. Tabla de verdad (11) Entradas Salida A6
B6
0V 0V 5V 5V
0V 5V 0V 5V
Led 6 2.05v 0v 0v 2.05v
Implemente en Proteus Isis el circuito de la figura 15. Manipule los controles de estado lógico (A6 y B6) que representan las variables binarias, observe y anote el estado del probador lógico en la tabla 12. Tabla de verdad (12) Entradas Salida A6
B6
S6
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 0 1
Para el circuito lógico de la figura 15, plantea y deduzca la expresión algebraica que corresponde a la función lógica S1 en función de A6 y B6.
(A6*B6)+(A6*B6)
8. ANEXO
Ubicación de componentes en la ventana “Pick Devices”
Dispositivo Librería Sub-categoría Categoría AND, OR, NOT ACTIVE Gates Simulator Primitives NAND; NOR, XOR ACTIVE Gates Simulator Primitives LOGICSTATE ACTIVE Logic Stimuli Debugging Tools LOGICPROBE (BIG) ACTIVE Logic Probes Debugging Tools SW-SPDT ACTIVE Switches Switches & Relays RES IEEE DEVICE Generic Resistors
