Laboratorios de Electrónica Digital 2017a

Lic. ROBERT PORTOCARRERO GAMBOA

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 1: EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR 1. OBJETIVOS  Conocer las características de los transistores como interruptor 2. CONSULTA PREVIA:  Hojas características de los transistores 2N2222 y BS170 (o similar)  ¿Cuál es la diferencia entre un BJT y un FET?  Características del BJT como interruptores  Características del FET como interruptores 3. PROCEDIMIENTO a. Montar los circuito de la figura 1y para cada uno llenar una tabla como la mostrada en la tabla 1

Vo AB

Figura 1a

Figura 1b

Figura 1c 1


Figura 1e Figura 1d Tabla 1 A

B

0V

0V

0V

6V

6V

0V

6V

6V

Salida a

Salida b

Salida c

Salida d

Salida e

b. Aplicar un valor variable a la entrada de la figura 2 y llenar la tabla 2

Figura 2 Tabla 3 A (V) Salida (v)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

2


c. Monte el circuito de la figura 3 y llene la tabla 4

Figura 3 Tabla 4 A (V) Salida (v)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

a. Graficar las tablas 3 y 4 4. PREGUNTAS a. ¿Qué se puede concluir de cada tabla? b. Al graficar las tablas 3 y 4. ¿Cuál es la diferencia entre ellas? c. ¿a qué voltaje exactamente enciende el led en los circuitos de la figura 2 y 3? ¿Qué nombre recibe este voltaje y por qué? 5. CONCLUSIONES

3


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 2: COMPUERTAS BÁSICAS TTL 1. OBJETIVOS  Identificar las compuertas lógicas básicas  Conocer el funcionamiento de las compuertas lógicas 2. CONSULTA PREVIA a. Las hojas características de todos los integrados a utilizar. b. Las siguientes características de la familia lógica TTL:  El voltaje de alimentación y su tolerancia  La temperatura máxima  Fan-Out o abanico de salida.  Niveles de entrada y salida:  VIL es la tensión de entrada a nivel bajo  VIH es la tensión de entrada a nivel alto  VoL es la tensión de salida a nivel bajo  VoH es la tensión de salida a nivel alto  Margen de ruido  Tiempo de propagación medio.  Disipación de potencia. 3. PROCEDIMIENTO a. Identifique los símbolos de la Figura 1. Consulte las hojas características de los integrados a usar.

Nota: El punto anterior se debe realizar antes de la sección de laboratorio. b. Monte el circuito de la figura 2. Utilice la compuerta 7408 c. Varié el potenciómetro desde cero voltios hasta 5 voltios, observe la salida. Llene la tabla 1

4


Vi

Vo

P

Tabla 1 Vi(v) 0 Vo(v) LED (On/Off)

0.5

0.8

1

1.5 1.7 2

2.2

2.5

2.7

3

3.3

3.5

3.7

4

4.5

5

d. Monte el circuito de la figura 3

A

Figura 3

B

74LS08

AB Salida

e. Varié los interruptores salida. Llene la tabla 2. Tabla 2 AND OR A B A B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1

(cerrado 0 lógico y abierto 1 lógico) y en ambos casos observe la

EXOR A B 0 0 0 1 1 0 1 1

Condición del led de salida

f. Repita los puntos d y e con las compuertas OR y EXOR g. Monte el circuito de la figura 4. 5


h. Mida la corriente consumida por el integrado, con la entrada A en alto y en bajo (interruptor cerrado 1 lógico y abierto 0 lógico). Calcule la potencia consumida por el integrado. 4. PREGUNTAS a) ¿Cuál es el voltaje de Umbral? (figura 2) b) Implemente una compuerta AND de tres entradas a partir de compuertas de 2 entradas. Compruebe la tabla de verdad y muestre el circuito al profesor c) Repita el problema anterior con la compuerta OR d) Según el montaje de la figura 4 ¿cuál es la máxima potencia consumida de cada compuerta?. 5. CONCLUSIONES

6


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 3: COMPUERTAS COMPLEMENTARIAS 1. OBJETIVOS  Identificar las compuertas lógicas complementarias  Conocer el funcionamiento de las compuertas complementarias 3. CONSULTA PREVIA: a. Las hojas características de todos los integrados a utilizar. b. Las siguientes características de la familia lógica CMOS:  El voltaje de alimentación y su tolerancia  La temperatura máxima  Fan-Out o abanico de salida.  Niveles de entrada y salida:  VIL es la tensión de entrada a nivel bajo  VIH es la tensión de entrada a nivel alto  VoL es la tensión de salida a nivel bajo  VoH es la tensión de salida a nivel alto  Margen de ruido  Tiempo de propagación medio.  Disipación de potencia. 4. PROCEDIMIENTO a. Identifique los símbolos siguientes. Figura 1. Este punto anterior se debe realizar antes de la sección de laboratorio. b. Monte el circuito de la figura 2. c. Varié el potenciómetro desde cero voltios hasta 5 voltios, observe la salida. Llene la tabla 1

Tabla 1 Vi(v)

0

0.5

0.8

1

1.5

1.7

2

2.2

2.5

2.7

3

3.3

3.5

3.7

4

4.5

5

Vo(v) Condición del LED(ON/OFF) 7


d. Repita el punto anterior con un Vcc de 12V e. Monte el circuito de la figura 3. f. Varié los interruptores (cerrado 0 lógico y abierto 1 lógico) y en ambos casos observe la salida. Llene la tabla 2. Tabla 2 A B A B Condición del led 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 g. Repita el punto anterior con la compuerta NOR. h. Monte el circuito de la figura 4. i. Mida la corriente consumida, por el integrado, con la entrada B en alto y en bajo (cerrado 0 lógico y abierto 1 lógico). Calcule la potencia consumida por el integrado. j. Monte el circuito de la figura 5 k. Llene una tabla similar a la tabla 2. Observe y concluya l. Monte el circuito 6 y repita el punto K

5. PREGUNTAS a. b. c. d. e.

6.

¿Cuál es el voltaje de Umbral? (figura 2) Implemente una compuerta NAND de tres entradas a partir de compuertas de 2 entradas. Compruebe mediante la tabla de verdad y muestre el circuito al profesor Repita el problema anterior con la compuerta NOR Según el montaje de la figura 4 cuál es la máxima potencia consumida de cada compuerta. De acuerdo a lo experimentado en los puntos J, K y L, ¿Qué función lógica cumplen los circuitos de la figura 5 y 6?

CONCLUSIONES

8


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO 4: COMPUERTAS ESPECIALES 1. OBJETIVOS: a. Verificar la operación de las compuertas Tri-State y de Colector Abierto b. Identificar las aplicaciones principales de las compuertas Tri-State y de Colector Abierto. 2.

CONSULTA PREVIA

1) Las hojas características de todos los circuitos integrados a utilizar 2) El funcionamiento y características de las compuertas de colector abierto 3) El funcionamiento y características de las compuertas triestado 1. PROCEDIMIENTO COMPUERTA COLECTOR ABIERTO 1. Monte el circuito de la figura 1 Utilice el 7405. Mida la corriente de salida y observe lo que sucede con el LED. 2. Monte el circuito de la figura 2. Mida la corriente de salida y observe lo que sucede con el LED. 3. Repita los puntos anteriores con el integrado 7404. Concluya 4. Monte el circuito de la figura 3 con el 7405 y realice la tabla de verdad, teniendo en cuenta que A, B, C y D son entradas y el Led es la salida. Concluya. 5. Observe también lo que sucede cuando las entradas A, B, C y D están al aire. Concluya.

Figura 3

Figura 1

Figura 2

9


COMPUERTA TRI-STATE 6. Identifique la distribución de terminales de los circuitos integrados. 7. Monte el circuito de la figura 4. Utilice el 74LS244 8. Establezca una combinación binaria cualquiera, por ejemplo 1010, en la entrada (A, B, C y D) del circuito y establezca las combinaciones, para las entradas de control W y R, mostradas en la tabla. Llene la tabla siguiente W

R

1

1

1

0

0

1

0

0

LED’s A1 B1 C1 D1

A2

LED’s B2 C2

D2

Observaciones

Nota: Led prendido 1 lógico y Led Apagado 0 lógico

Figura 4

Entrada

PREGUNTAS: 1. 2. 3. 4. 5.

¿Qué ocurre con el led en la figura 1 y por qué? ¿Cuál es la diferencia de funcionamiento entre el 7404 y el 7405? ¿Qué función lógica cumple el circuito de la figura 3? Explique lo ocurrido en cada combinación de W y R del circuito de la figura 4 ¿Qué aplicación se le puede dar al circuito de la figura 4?

CONCLUSIONES 10


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 5: Diagramas Lógicos 1.

OBJETIVOS: a. Implementar un circuito lógico para una expresión Booleana b. Usar las compuertas lógicas NAND y NOR para habilitar cualquier función lógica

2.

CONSULTA PREVIA Simplifique algebraicamente todas las funciones mostradas en el procedimiento (S1 hasta S8)

3. PROCEDIMIENTO A. Implemente una de las siguientes funciones (pida al profesor que le asigne una): a)

̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅𝒃(𝒃⨁𝒄) + (𝒃𝒄 𝑺𝟏 = 𝒂 + 𝒂)

b) 𝑺𝟐 c)

̅̅̅̅̅̅̅)𝒂 = (𝒂𝒃 + 𝒄𝒅)(𝒃⨁𝒅

̅̅̅ 𝑺𝟑 = 𝒂𝒄̅(𝒂 + 𝒃) + ̅𝒃𝒄

d) 𝑺𝟒

̅(𝒃 ⊕ 𝒄) + 𝒂(𝒃𝒄 ̅̅̅̅) = 𝒂𝒃

e) 𝑺𝟓

̅) + ̅̅̅̅ ̅𝒅 = 𝒂𝒃(𝒂 + 𝒄𝒃 𝒂

f)

̅̅̅̅̅̅̅ ̅ + 𝒄)𝒂 ̅ + 𝒄𝒃) + (𝒃 ̅ 𝑺𝟔 = (𝒂

g)

̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅ ̅𝒅 + (𝒂 𝑺𝟕 = (𝒂⨁𝒄̅)𝒂 + 𝒅)(𝒂 + 𝒄)

h) 𝑺𝟖

= (𝒂𝒄̅⨁𝒃) + (𝒄 + ̅̅̅̅ 𝒃𝒅)

B. Realice la tabla de verdad. C. Diseñe e Implemente la función asignada mediante compuertas NAND y NOR NOTA: Muestre los circuitos, original, NAND y NOR montados y funcionando al profesor.

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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 6: DISEÑO DE CIRCUITOS LOGICOS 1. OBJETIVOS:  Diseñar un circuito lógico de control  Aplicar las compuertas lógicas para solucionar un problema específico. 2. CONSULTA PREVIA Resuelva todos los problemas presentados en esta guía. 3. PROCEDIMIENTO A. Pida al profesor que le asigne uno de los problemas presentados. B. Siga los pasos y resuelva el problema. C. Implemente el circuito en Protoboard. PROBLEMAS DE DISEÑO LÓGICO 1. La iluminación de una discoteca está compuesta por tres luces de colores distintos: Rojo, Verde y Azul. El sistema posee además una llave general, E, que toma el valor lógico “1” si está encendido y “0” si está apagado. Cuatro interruptores D, C, B y A se ocupan de controlar las luces, de manera que:   

La luz Roja se encenderá cuando este pulsado el interruptor A o si estando pulsado B no lo está C. La luz Azul se encenderá si B no está pulsado o si estando pulsado D no lo está A. La luz verde se encenderá siempre que no esté pulsado el interruptor C, o si no lo está A y lo está B, o si lo está D.

Diseñe el circuito de control de las tres luces. 2. Para matricularse en un ciclo formativo de electrónica, la secretaria de un instituto de enseñanza secundaria ofrece una confusa información en la que se establece la necesidad de reunir todos los requisitos señalados en cualquiera de los siguientes puntos: a. Haber cursado previamente la modalidad tecnológica del bachillerato, haber elegido una materia optativa de electrónica y tener un buen expediente académico. b. Haber cursado la modalidad de tecnología, haber elegido una materia optativa de electrónica y tener un informe favorable del Departamento. c. Haber elegido una materia optativa de Electrónica aunque no se haya cursado la modalidad de tecnología, ni se tenga un buen expediente académico. d. Tener un buen expediente académico y un informe favorable del Departamento. e. Haber cursado una materia optativa de Electrónica aunque no se tenga un informe favorable del Departamento. 12


Diseñar un circuito lógico que ayude a comprobar fácilmente la idoneidad de los estudiantes para cursar el ciclo. 3. Se diseña una alarma contra robos para un banco, de modo que percibe cuatro líneas de señal como entradas. La línea A es del interruptor secreto de control, la línea B es de un sensor de presión debajo de una caja fuerte que se encuentra en un gabinete cerrado, la línea C es de un reloj alimentado por baterías y la línea D se conecta a un interruptor en la puerta del gabinete cerrado. Las siguientes condiciones producen un valor lógico de 1 en cada línea: A: El interruptor de control está cerrado B: La caja fuerte está en su posición normal dentro del gabinete. C: El reloj está entre las horas no hábiles. D: La puerta del gabinete está cerrada. Implementar el circuito digital para el control de la alarma contra robos de modo que produzca un 1 lógico (se activa la alarma) cuando la caja se mueve y el interruptor de control está cerrado, o cuando el gabinete se abre fuera de horas hábiles, o cuando el gabinete está abierto con el interruptor de control abierto. 4. Diseñar el control de llenado y vaciado de un tanque. Teniendo en cuenta la temperatura, la presión y el nivel del líquido dentro del tanque. Para que el tanque se llene el nivel del líquido debe estar bajo y la temperatura estar alta o si la temperatura y la presión son bajas. El proceso de vaciado inicia si la presión y la temperatura son altas o el nivel del líquido es alto con la temperatura alta.

Llave de Vaciado

Llave de Llenado

5. Realizar el circuito de control de una persiana y una ventana, dependiendo de las variables:  Temperatura mayor a 25°C  Que haya alguna persona en la casa  Que haya luz artificial La ventana se debe abrir cuando la temperatura sea mayor a 25°C y haya alguien en la casa y la persiana se subirá cuando haya una persona en la casa y no haya luz artificial en la casa. Utilizar el mínimo de número de compuertas lógicas. 6. Diseñar el circuito logico digital que controle dos motobombas que extraen agua, la primera de un pozo P y lo lleva a un deposito D1 y la segunda la extrae de dicho deposito y la lleva a otro D2. La condición de funcionamiento será la siguiente. 13


 

Funcionarán las bombas siempre que esté lleno el lugar de donde se extrae el agua y vacio el deposito a llenar No deben funcionar las dos bombas a la vez

7. Diseñar un sistema de control de apertura automática de una puerta de un garaje de una nave industrial para vehiculos pesados. Dicha apertura depende de 3 sensores:  A  Presencia de vehiculo  B  Altura del Vehiculo  C  Peso del Vehiculo Los sensores se ponen en uno si: A  Vehiculo en al entrada B  Vehiculo excede los dos metros de altura C  Vehiculo menor a 2 toneladas La puerta tiene una altura de dos metros y sólo se debe abrir cuando haya un vehiculo esperando que ademas supere las dos toneladas 8. Diseñar un circuito que active tres lamparas (L1, L2 y L3) mediante 4 pulsadores. Las lamparas debe activarse según las siguientes condiciones de funcionamiento:  L1 se activa si se oprimen solo 2 pulsadores consecutivos  L2 se activa si se oprimen tres pulsadores  L3 se activa si se oprime un pulsador  L1 y L2 se activa si se oprimen solo dos pulsadores no consecutivos  L1 y L3 se activa si se oprimen solo los dos pulsadores centrales  L2 y L3 se activa si se oprimen dos pulsadores extremos

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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 7: CODIFICADOR DE TECLADO 1. OBJETIVOS:  Identificar el Funcionamiento de un Circuito Codificador y de un Decodificador  Implementar el control a un teclado

2. a. b. c. d. e. f.

CONSULTA PREVIA Las hojas características de todos los integrados a utilizar. Funcionamiento de los display ¿Cómo identificar los terminales de un display de forma práctica? Consulte circuitos CMOS Codificadores y Decodificadores. ¿Qué función realizan las entradas RBI, LTS y RBO del 7447 ó 7448? ¿Qué función realiza la entrada E1y las salidas E0 y GS del 74148?

3. PROCEDIMIENTO  Identifique el terminal común de su teclado. Tenga en cuenta que cada tecla actúa como un interruptor normalmente abierto.  Conecte el teclado para que mantenga un “1” lógico a las salidas y al presionar una tecla envié un cero lógico.  Conecte las salidas del teclado a las entradas del Codificador 74147.  Conecte las salidas del codificador al Decodificador 7447 ó 48. Tenga en cuenta que el codificador es activo bajo y el decodificador es activo alto. (conectar inversores entre ambos)  Conecte las salidas del decodificador al Display. Debe conectar resistencias para proteger los segmentos del display.

TECLADO

CODIFICADOR

DECODIFICADOR

4. PROBLEMAS a) Implemente el circuito de tal manera que el cero sólo aparezca cuando se presione la tecla “0” y muestre al profesor. b) Implemente el codificador de los 10 pulsadores utilizando el 74148. NOTA: Muestre el circuito montado y funcionando al profesor.

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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 8: Control de cargas por teclado 1. OBJETIVOS:  Identificar el Funcionamiento de un Circuito Multiplexor y de un Comparador  Implementar el circuito sencillo de un clave electrónica 2. CONSULTA PREVIA a. b. c. d. e.

Las hojas características de todos los integrados a utilizar y el triac Funcionamiento de los optoacopladores y de los Triacs Funcionamiento de los multiplexores Funcionamiento del comparador de magnitud Circuito de típico de aplicación del MOC3010 para cargas resistivas y cargas inductivas

3. PROCEDIMIENTO  Conecte las salidas del Codificador a las entradas de control del Multiplexor y a las entradas del comparador (palabra A). Observe el diagrama de bloques.  En una o varias de las entradas del multiplexor se coloca un 1 lógico y esta será entrada que activará la carga, las otras a 0 lógico.  En la palabra B del comparador se coloca el código del número que activara la carga, una combinación binaria del 1 al 9.  Las salidas del multiplexor se conectan a una etapa de potencia (circuito con el optoacoplador) para que controle un Motor AC. Realice lo mismo con la salida A = B del comparador y controle un bombillo incandescente.

TECLADO

CODIFICADOR

Entradas de selección Entradas de Datos A

DECODIFICADOR

MULTIPLEXOR

COMPARADOR

Etapa de Potencia Etapa de Potencia

Motor

Bombillo

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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 9: Teclado con memoria 1. OBJETIVOS:  Identificar el Funcionamiento de un Circuito Registro de Almacenamiento  Implementar el circuito sencillo de almacenamiento de un dato 2. CONSULTA PREVIA a. Las hojas características de todos los integrados a utilizar. b. Funcionamiento del 74154 y el 74174 3. PROCEDIMIENTO 1. Realice la conexión de los circuitos como muestra el diagrama de bloques 2. Mostrar al profesor TECLADO

CODIFICADOR

Registros

DECODIFICADOR

DEMULTIPLEXO

DECODIFICADOR

Etapa de Potencia Etapa de Potencia

Motor

Bombillo

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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DIGITAL LABORATORIO No. 10. Control de Motor Paso a Paso 1. OBJETIVOS:  Identificar el Funcionamiento de un Motor Paso a Paso  Implementar el circuito de control de un Motor Paso a Paso 2. CONSULTA PREVIA a. Las hojas características de los integrados a utilizar b. Funcionamiento del temporizador 555 c. Funcionamiento del contador 4017 d. Funcionamiento del contador ULN2803 e. Funcionamiento del contador L293D f. Funcionamiento, tipos y aplicaciones de los motores paso a paso g. Circuito para el control de un motor paso a paso bipolar, con inversión de giro 3. PROCEDIMIENTO 1. Implemente un circuito temporizador astable con el 555 que sea variable. 2. Monte el circuito de la figura 1. 3. Monte el circuito de la figura 2. 4. Monte el circuito de la figura 3. 5. Montar el control de un motor paso a paso bipolar, con inversión de giro. Presentar el diseño y el montaje al profesor.

Figura 1

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Figura 2

Figura 3 NOTA: Muestre los circuitos montados y funcionando al profesor.

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GUÍA PARA LA PRESENTACIÓN DE PROPUESTA DE PROYECTO FINAL La propuesta debe llevar los siguientes puntos: 1. Título. Debe reflejar el objetivo, dar una idea del proyecto 2. Principio de funcionamiento. Descripción general y breve del funcionamiento del proyecto. 3. Objetivos Generales. Propósitos principales del proyecto en general 4. Objetivos Específicos. Propósito de cada etapa o parte del proyecto 5. Diagrama de bloques. El diagrama de bloques es la representación gráfica del funcionamiento interno del proyecto, que se hace mediante bloques y sus relaciones (flechas) y que, además, definen la organización de todo el proceso interno, sus entradas y sus salidas. 6. Anexos (opcional). Cualquier información adicional que se considera pertinente al proyecto BIBLIOGRAFIA

1. Victor P. Nelson, H. Troy Nagle, Bil D. Carroll, J. David Irwin, ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITO LÓGICOS DIGITALES. Editorial Prentice Hall 2. Thomas L. Floyd. FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL. Editorial Limusa, Grupo Noriega Editores. 3. Louis Nashelsky, FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DIGITAL. Editorial Limusa, Grupo Noriega Editores. 4. John P. Vyemura. DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES. Un enfoque Integrado. Internacional Thomson Editores. 5. Laboratorio de Electrónica. Curso básico. Editorial Alfaomega. 6. Antonio J. Gil Padilla. ELECTRÓNICA GENERAL. 1. Dispositivos y sistemas digitales. Editorial McGraw Hill. 7. Roger L. Tokheim. Principios Digitales. Tercera edición. Editorial McGraw Hill.

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PROYECTO FINAL PROPUESTA 1. Título: 1 Integrantes: 2 3 2. Principio de funcionamiento

3. Objetivos Generales.

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4. Objetivos específicos

5. Diagrama de bloques

6. Anexos (opcional).

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Laboratorios de Electrónica Digital 2017a

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