LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES I PRÁCTICA #2 (Duración: 2 semanas)
Prc!ica 2 C"muer!as Ló$icas TTL O%&e!i'" Familia Familiarizar rizarse se con el funcionami funcionamiento ento de algunas algunas compuerta compuertass lógicas, lógicas, así como con las característic características as más importan importantes tes que es necesario necesario considerar considerar en el diseño diseño de los circuitos circuitos combinacio combinacionales nales y secuencial secuenciales. es. En particular, particular, estaremos manejando compuertas compuertas de la familia familia TT y sus subfamilias. subfamilias.
Carac!ers!icas e *a rc!ica as compuertas compuertas lógicas lógicas constituy constituyen en la materia materia prima prima de los circuitos circuitos combinaciona combinacionales les y secuencial secuenciales. es. os circuitos combinacionales y secuenciales constituyen a su !ez, la base del diseño de una computadora. "e aquí que resulte de particular inter#s comprender algunas de las características más importantes de una compuerta lógica. $uando decimos que una compuerta lógica no funciona, en la mayoría de los casos, nos referimos a que la tabla de !erdad de la compuerta ya no corresponde con la tabla de !erdad que se obser!a físicamente al someter a las diferentes entradas de dic%a compuerta y obser!ar lo que sucede a su salida. $uando aplicamos un uno lógico a la entrada de una compuerta &'T, esperamos que la salida sea un cero lógico. (i la salida presenta el !alor de un uno lógico, decimos que esa compuerta ya no funciona. En este caso, estamos emitiendo un juicio sobre la operación correcta o incorrecta de la compuerta, basándonos en los ni!eles de !oltaje que se presentan en la entrada y salida. (in embargo, e)iste otra serie de características en una compuerta lógica que no estamos probando y que deberíamos estar al menos conscientes sobre si se están cumpliendo o no. *n probador de compuertas lógicas, de %ec%o, sólo determina el funcionamiento de la compuerta basado en la combinación de las diferentes entradas y salidas. +ero, otras preguntas que deberíamos de estar analizando son -.
0.
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(e están están cumpliend cumpliendo o con los tiempos tiempos de propagación propagación que dice dice el fabricante fabricante de la compuer compuerta ta lógica/ lógica/ (i un tiempo de propagación de una compuerta lógica está definido por el fabricante a un má)imo de 01 nseg., (e estará tomando menos de este tiempo la compuerta en cambiar su salida a partir del momento en que cambiamos su entrada/ (e estarán estarán cumpli cumpliendo endo los ni!ele ni!eless de !oltaje !oltaje a partir partir de los cuales cuales la entrada entrada ya es considera considerada da por la compuerta lógica como un cero lógico o como un uno lógico/ (i el fabricante de la compuerta establece como 2lo3 el !alor de !oltaje de 1.4 2olts, 2olts, significa que abajo de este ni!el la compuerta debe tomar dic%o !oltaje como un cero lógico. (e estarán cumpliendo estas características características de operación/ os tiempos tiempos de ele!ac ele!ación ión cuando cuando la salida salida de una compuer compuerta ta cambia cambia de cero a uno o uno a cero cero lógico, lógico, representa otro parámetro que %abría que !erificar si se está cumpliendo.
En el diseño de circuitos digitales no sólo es importante considerar si la compuerta lógica funciona desde el punto de !ista de los !oltajes que se aplican a la entrada y los que se obtienen a la salida. El tiempo de respuesta de las compuertas toma un papel primordial puesto que estamos tratando de incrementar al má)imo la !elocidad de operación de todo el diseño. Tan críticos llegan a resultar estos tiempos de propagación, que en ocasiones se %a llegado a tener problemas por la longitud de las pistas 6que se in!olucran en las tarjetas impresas que contienen todas las compuertas requeridas7 para conectar un pin de una compuerta con otro pin. os ni!eles de !oltaje mínimo y má)imo para detectar el cero lógico y el uno lógico, así como la cantidad de compuertas lógicas que le podemos conectar a la salida de una compuerta, resultan tambi#n tambi#n de gran importancia importancia durante la etapa de diseño. diseño. (i %asta el momento sólo nos %abíamos preocupado por determinar si la tabla de !erdad se cumple en lo referente al funcionamiento de una compuerta lógica, debemos comentar que e)isten otras características que si bien en algunas aplicaciones no toman un papel primordial, e)isten otras en que será necesario considerarlas.
+ráctica 0
$ompuertas ógicas TT
"urante esta práctica el alumno se podrá familiarizar con el funcionamiento de di!ersas compuertas lógicas y podrá constatar el cumplimiento, o no, de estas características.
Pre+re"r!e ,- Descri%a *as carac!ers!icas .ue /acen i0eren!es a *"s circui!"s TTL e *as series 133 4 533Para *"s circui!"s TTL su '"*!a&e e a*imen!ación es e -516 a 1-216 os ni!eles lógicos !ienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 1,12 y 1,82 para el estado 6bajo7 y los 9,:2 y 2cc para el estado ; 6alto7. as series <:)) o <:11 tienen un !oltaje de alimentación de 9 2, con una tolerancia de :,9 2 a 9,9 2. (us ni!eles lógicos son del 1.0 2 al 1.8 2 para el ni!el bajo 67 y entre 0,: 2 y 9 2 para el ni!el alto 6;7. as series 9:)) son c%ips más desarrollados de diseño militar. (oportan más temperaturas.
2- In'es!i$ue *as carac!ers!icas .ue /acen i0eren!es a *"s circui!"s TTL e *as series 57338 5L338 5S33 4 5LS33El circuito TT engloba a los demás. =<:>> ? TT de baja potencia 6-@-1 la !elocidad, -@-1 la potencia de un TT regular7 =<:;>> ? TT de alta !elocidad 6el doble de rápido, el doble de potencia7 =<:(>> == (c%ottAy TT 6para usos de alta frecuencia7. =<:(>> ? combinación de potencia baja B (c%ottAy, la misma !elocidad de un TT normal, pero a -@9 del consumo de potencia.
9- De0ina e* !iem" e r"a$ación en una c"muer!a *ó$icaEl tiempo de propagación es el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada pasa por un determinado !alor %asta que la salida reacciona a dic%o !alor. (e tienen dos tiempos de propagación Tp%l C tiempo de paso de ni!el alto a bajo. Tpl% C tiempo de paso de ni!el bajo a alto.
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El tiempo de propagación de una puerta TT estándar es de -1 ns.
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In'es!i$ue *a !a%*a e 'era8 *a asi$nación e ines8 e* !iem" e r"a$ación 4 e* ran$" e '"*!a&e a ar!ir e *"s cua*es se c"nsiera un cer" 4 un un" *ó$ic" ara e* circui!" TTL 5LS-
+ráctica 0
$ompuertas ógicas TT
Dango de !oltaje 1 = 1.8 es un cero. 0 ? 9.09 es un uno.
1- In'es!i$ue *a !a%*a e 'era 4 *a asi$nación e ines e *"s circui!"s TTL 5LS;8 5LS,, 4 5LS92Inc*u4a en su re+re"r!e una c"ia e* "cumen!" e *a in0"rmación s"*ici!aa ara caa una e *as c"muer!as *ó$icasTTL 5LS;
5LS,,
+ráctica 0
$ompuertas ógicas TT
TTL 5SL92
a siguiente liga te puede ser de ayuda para la realización del pre=reporte •
%ttp@@focus.ti.com@docs@logic@catalog@products@tec%famproductlist.j%tml/ tec%FamdC-
Lis!a" e Ma!eria* • • • •
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'sciloscopio Generador de funciones Fuente de poder Hit - +rotoboard o - Iultímetro o 0 +untas de osciloscopio 6con capuc%a7 o - +unta de generador o 0 +inzas 6punta y corte7 o 9 $aimanes o <:(1: 6&'T7 <:(18 6J&"7 <:(50 6'D7
+ráctica 0
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$ompuertas ógicas TT
"+ s3itc% E"s Desistencias -A '%m
Pr"ceimien!" -.
$ompruebe que su osciloscopio est# calibrado.
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$ompruebe la tabla de !erdad para una compuerta de cada uno de los siguientes circuitos <:(1:, <:(18, <:(50. ncluya en su reporte las tablas obtenidas en la práctica. 6$%ecar Jne)o7
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+ara el circuito integrado <:(1: determine el tiempo de propagación basado en el circuito que se presenta en la Figura -. a onda cuadrada deberá tener un !alor de 9 !olts pico a pico con un offset de K0.9 !olts. El !oltaje de polarización de la compuerta lógica deberá de ser de 9 !olts. +ara mejor resultado y !isualización del tiempo de propagación, coloque en serie L compuertas &'T y !erifique el retardo que e)iste a la salida de cada una de ellas. $ompare los resultados obtenidos contra los esperados de acuerdo a las características que establece el fabricante.
Es necesari" a&us!ar e* "sci*"sc"i" ara 'er sa*ias c"n 0recuencias e* "ren e M7< (e%i" a .ue *"s re!ar"s e r"a$ación s"n e* "ren e nan"se$un"s)- La 0recuencia e *a "na cuaraa .ue se a*icar e%er ser meia c"n e* "sci*"sc"i" an!es e a*icar*a a* circui!" ara c"ns!a!ar .ue !iene *a 0recuencia .ue marca e* $enera"r-
=i$ura ,: Circui!" ara meir e* !iem" e r"a$ación
+ráctica 0
$ompuertas ógicas TT
Ane3" En!raas TTL os circuitos TT trabajan con los !alores lógicos binarios M1N y M-N. J continuación se muestra una tabla con los equi!alentes en !olts.
Ta%*a ,: E.ui'a*en!es en!re 'a*"res *ó$ic"s 4 '"*!s 2alor lógico 1
2olts 9 1
Entonces, para introducir a un !alor de M-N lógico a un circuito TT se deberán aplicar 9 2 "$, y para introducir un !alor de M1N lógico se deberá aplicar 1 2.
Si en un circui!" TTL se e&a a*$>n in ?a* aire@ (sin c"nec!ar a 1 ó 6"*!s)8 e* circui!" *" in!erre!ar c"m" un ?,@ *ó$ic"-
Sa*ias TTL os !alores lógicos binarios M-N y M1N de salida en los circuitos TT son los mismos !alores ideales de 92 "$ y 12 "$, respecti!amente. +ara poder !er estos !alores a la salida de un TT es necesario utilizar algo adicional, como por ejemplo un osciloscopio o un !oltímetro. 'tra manera de !er si a la salida %ay un M-N o un M1N, es conectar un pequeño circuito al pin de la salida que se desea !er, esto se ilustra en la Figura 0.
=i$ura 2: Circui!" ara 'er una sa*ia en un TTL
+ráctica 0
$ompuertas ógicas TT
El pin de salida se conecta a un E" 6tipo de diodo7 y en serie una resistencia. (i la salida es de M-N lógico, el E" se enciende, si la salida es M1N lógico el E" se apaga. El E" es para !er el !alor de la salida, la resistencia es para limitar la corriente y que no se dañe el E" y@o la compuerta. +ara entender el funcionamiento ideal de un E", lea la siguiente sección.
E* i"" El símbolo utilizado para la representación del diodo es el mostrado en la Figura 5.
=i$ura 9: Sm%"*" u!i*i
Va Vc
condición Va > Vc Va < Vc
=i$ura : =unci"namien!" iea* e un i""
$ircuito equi!alente
