experiencia lab. electronica n°4 (desarrollo)

8/16/2019 experiencia lab. electronica n°4 (desarrollo)

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experiencia N°4: Circuitos logicos

FElipe barrera ; francisco cortes

Profesor Guía Tureo Arratia Carla Min!"

RESUMEN

En el presente infor#e se encuentran los atos te$ricos " pr%cticos relacionaos a la pri#era experiencia e laboratorio e electr$nica el pri#er se#estre el a&o '()*+ ic!aacti,ia es proporcionaa por la escuela e ingeniería el-ctrica+ a cargo e la profesoraCarla Tureo Arratia.

El fin e esta cuarta acti,ia es ,ol,er a relacionar a los alu#nos con loseno#inaos circuitos l$gicos " efectuar los c%lculos te$ricos pr%cticos para corroborarconoci#ientos pre,ios obtenios en cursos anteriores.

Srta


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ÍNDICE

/E01MEN )

2N3CE 'NT/531CC6N 7CAP2T185 ) )F1N3AMENT50 TE5/C50 )).) 8$gica Co#binacional )).' 8e"es " reglas e la l$gica co#binacional ').'.' Teore#a e 3eMorgan 9).'.7 An%lisis ooleano *).'.4 Mapas e arnaug! <CAP2T185 ' )(3E0A//5885 ACT=A3 3E 8A5/AT5/5 )('.) 3esarrollo Experi#ento. )('.).) Procei#iento e 8aboratorio )('.).' Acti,ia e laboratorio )('.).7 Acti,ia e laboratorio ) )('.).4 Acti,ia e laboratorio ' )*'.).9 Meiciones '('.' Co#entarios ''C5NC8105NE0 '7


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INTRODUCCIÓN

En el presente infor#e se interiori>aran los etalles sobre ellos funa#entoste$ricos e los circuitos l$gicos. Estos ele#entos fueron e#pleaos en la experiencia N°4e laboratorio e electr$nica ictao en el pri#er se#estre e '()* a cargo e la profesora Carla Tureo Arratia 8os circuitos l$gicos son topología e circuitos los cuales per#iten #eiante l$gicaco#binacional aaptar ciertas respuestas e circuitos #eiante coniciones ?ue soneter#inaas por las conocias operaciones l$gicas las cuales son i#ple#entaas seg@nsea su aplicaci$n. 3ic!as operaciones l$gicas son conocias co#o: funci$n e negaci$nco#@n#ente lla#aa negaor+ funci$n e #ultiplicaci$n eno#inaa co#puerta 5/ae#%s se eri,a otra co#puesta e esta funci$n lla#aa co#puerta 5/ exclusi,a N5/B" la funci$n e su#a e la cual es conocia co#o co#puerta AN3 e la cual ta#bi-n seeri,a otra co#puesta e esta funci$n lla#aa co#puerta AN3 exclusi,a NAN3B.

A continuaci$n se presenta una experi#ento en base al funciona#iento el loscircuitos l$gicos antes #encionaos+ tratano e explicar+ #ostrar " ee#plificar e la#eor for#a posible las for#as e funciona#iento para los cuales se configuran estastopologías e circuitos+ tratano e abarcar e la for#a #%s clara posible los aspectoscla,es con respecto a su uso en sus i,ersas for#as e trabao


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)

CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS TEORICOS

).) 8$gica Co#binacional

P1E/TA0 85GCA0

1na ,e> ?ue se obtiene una expresi$n algebraica+ es necesario i#ple#entarla en un circuito+ " para ello existen las puertas l$gicas ?ue cu#plen i,ersas funciones:

Fig.).).)

0e #uestran las co#puestas l$gicas #%s co#unes " utili>aas+ pero ellas ,ieneni#ple#entaas en circuitos integraos co#o se #uestra en las siguientes i#%genes


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'

Fig.).).'D Circuito integrao 408(<

Fig.).).7. DCircuito integrao 408(4

Fig.).).4DCircuito integrao 4087'

).' 8e"es " reglas e la l$gica co#binacional

aB 8e" con#utati,a e su#a: Esta le" establece ?ue el oren en ?ue se aplica alas ,ariables la operaci$n 5/ es iniferente

Fig.).'.).)

bB 8e" con#utati,a e #ultiplicaci$n: Esta le" establece ?ue el oren en ?ue seaplica a las ,ariables la operaci$n AN3 es iniferente


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7

Fig.).'.).'

cB 8e" asociati,a e su#a: Esta le" establece ?ue cuano se aplica la operaci$n5/ a #%s e os ,ariables+ el resultao es el #is#o inepeniente#ente e lafor#a en ?ue se agrupen las ,ariables

Fig.).'.).7

B 8e" asociati,a e #ultiplicaci$n : Esta le" establece ?ue cuano se aplica laoperaci$n AN3 a #%s e os ,ariables+ el resultao es el #is#oinepeniente#ente e la for#a en ?ue se agrupen las ,ariables

Fig.).'.).4

eB 8e" istributi,a: Esta le" establece ?ue aplicar la operaci$n 5/ a os o #%s,ariables " luego aplicar la operaci$n AN3 al resultao e esa operaci$n " aotra ,ariable aislaa+ es e?ui,alente a aplicar la operaci$n AN3 a la ,ariableaislaa con caa uno e los su#anos " luego reali>ar la operaci$n 5/ conlos prouctos resultantes


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4

Fig.).'.).9

/eglas el algebra e oole/egla ):0i aplica#os la operaci$n 5/ a una ,ariable cual?uiera " a (+ el resultao essie#pre igual a la ,ariable/egla ': 0i se aplica la operaci$n 5/ a una ,ariable " a )+ el resultao es sie#pre igual a)/egla7: 0i se aplica la operaci$n AN3 a una ,ariable " a (+ el resultao es sie#pre igual a(/egla4: 0i se aplica la operaci$n AN3 a una ,ariable " a )+ el resultao es sie#pre igual ala ,ariable/egla 9: 0i se aplica la operaci$n 5/ a una ,ariable consigo #is#a+ el resultao essie#pre igual a la ,ariable/egla *: 0i se aplica la operaci$n 5/ a una ,ariable " a su co#ple#ento+ el resultao essie#pre igual a )/egla : 0i se aplica la operaci$n AN3 a una ,ariable consigo #is#a+ el resultaosie#pre es iguala la ,ariable/egla


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9

/egla )': Esta regla se e#uestra a tra,-s e #@ltiples reglas co#o se e#uestra acontinuaci$n

A #oo e resu#en aunta#os la tabla e las i,ersas reglas anterior #ente etallaas

Fig.).'.).*

).'.' Teore#a e 3eMorgan

8os teore#as e 3eMorgan proporcionan una ,erificaci$n #ate#%tica e lae?ui,alencia entre las puertas NAN3 " negati,aD5/+ " las puertas N5/ " negati,aDAN3.

El pri#er teore#a e 3eMorgan se enuncia e la siguiente for#a: Elco#ple#ento e un proucto e ,ariables es igual a la su#a e los co#ple#entos e las,ariaDbles. 5 ic!o e otra #anera El co#ple#ento e os o #%s ,ariables a las ?ue seaplica la operaci$n AN3 es e?ui,alente a aplicar la operaci$n 5/ a los co#ple#entos ecaa ,ariable.

El seguno teore#a e 3eMorgan se enuncia co#o sigue: El co#ple#ento e unasu#a e ,ariables es igual al proucto e los co#ple#entos e las ,ariaD bles. 5 ic!o e


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Fig.).'.).<

0i#plificaci$n #eiante algebra e oole3ao ?ue en ocasiones se presentan #@ltiples escenario para los circuitos l$gicos

resulta con,eniente si#plificar las ecuaciones booleana para reucir el circuito l$gico "con ello reucir el costo el circuito e#pleao ic!as si#plificaciones se logran a tra,-se la aplicaci$n e reglas booleana anterior#ente escritas " a #oo e ee#ploaunta#os una pe?ue&a e#ostraci$n con su respecti,o circuito l$gico


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<

Fig.).'.).

).'.4 Mapas e arnaug!

8os #apas e Harnaug! son otro #-too #%s eficiente e si#plificar los circuitos

l$gicos #eiante el uso e un algorit#o #u" si#ple ?ue se escribe a continuaci$n:aB 3eter#inar la expresi$n co#pleta el circuito l$gico ao

bB Establecer el n@#ero e entraas el circuito l$gico

cB Construir la tabla e Harnoug! seg@n sean las entraas el circuito a #oo eee#plo se #ostraran las tablas e Harnaug! e 7 entraa " 4 entraas

Fig.).'.).)(

B Proceer con el rellenao e la tabla con ) para la salia ?ue cu#ple con laco#binaci$n e la tabla e Harnaug!+ co#o lo e#uestra el siguiente ee#plo

Fig.).'.).))


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eB 8uego procee#os a agrupar los t-r#inos e la tabla en grupos con unacantia e potencias e '

fB Para eter#inar la expresi$n final el grupo anali>ao procee#os a ,er sientro el grupo al #o,er en irecci$n arribaDabao o i>?uieraDerec!aexclu"eno #o,ientes iagonalesB si lo per#ite el grupo en an%lisis ano se?ue ,ariable e entraa ca#bia o no ca#bia su estao por lo ?ueestablece#os ?ue: si se #antu,o en cero en toas las irecciones e grupoesta ,ariable en el proucto final e la expresi$n el grupo esta ,ariable ser%negaa a!ora por el contrario si se #antu,o en ) esta ,ariable e entraa ser%ispuesta en el proucto el grupo co#o la #is#a co#o ee#plo se auntauna #apa e Harnoug! e 4 ,ariables con sus si#plificaciones pertinentes

Fig.).'.).)'


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)(

CAPÍTULO 2

DESARROLLO ACTIVAD DE LABORATORIO

'.) 3esarrollo Experi#ento.

).).) Procei#iento e 8aboratorio

Para efectos el esarrollo e la acti,ia e laboratorio los alu#nos ebieronsolicitar los siguientes i#ple#entos e pa&ol:

Protoboar

ntegrao

ntegrao ntegrao

ntegrao

Cables e extensi$nAe#%s se e#plearon los siguientes instru#entos e laboratorio para co#ple#entar

los an%lisis t-cnicos ?ue ebieron esarrollar entro e la experiencia.

5sciloscopio

Fuente e tensi$n continua

Conector NC !e#bra

Conector punta e cai#%n

'.).) Acti,ia e laboratorio

En la presente acti,ia se estuia en pri#era instancia el co#porta#iento e uncircuito l$gico #eiante sus se&ales e entraas en co#paraci$n a las e salia para elloes necesario ocupar istintas !erra#ientas e instru#entos necesarios para la correctareali>aci$n el experi#ento " en seguna instancia se ebe anali>ar en base a l$gicaco#binacional el funciona#iento e un circuito planteao " obtener infor#aci$n concreta#eiante las respuestas obtenias ante iferentes ni,eles en las entraas.

'.).' Acti,ia e laboratorio )

0e presenta la siguiente secuencia e ni,eles l$gicos+ los cuales se ebenrepresentar #eiante la i#ple#entaci$n e un circuito ?ue realice lo expuesto en lassecuencias.


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))

Fig.'.).'.)

Para poer i#ple#entar un circuito se procee a anali>ar c$#o se co#porta la se&aleseaa FA++CB ante los iferentes ni,eles e A+ + C+ para ello se utili>a una tabla e,era.

A C FA++CBB( ( ( )

( ( ) (

( ) ( (

( ) ) )

) ( ( (

) ( ) (

) ) ( (

) ) ) )

Tabla '.).'.)DTabla e =era


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)'

1na ,e> expresaa la tabla se puee estuiar entener e #eor #anera elfunciona#iento el circuito+ "a ?ue se puee anticipar c$#o responer% FA++CB ante lasiferentes co#binaciones ?ue se presenten en los ni,eles e A+ + " C.

Aco#pa&ano a la tabla e ,era existen os granes !erra#ientas ?ue per#itena,an>ar en el ca#ino a encontrar el circuito eseas+ ic!as !erra#ientas con la 01MA3E P/531CT5 " P/531CT50 3E 01MA0+ con sus siglas en ingl-s 05P " P50respecti,a#ente.

En este caso es apropiao e#plear la su#a e prouctos "a ?ue en FA++CB se presentan #%s respuestas con ni,el alto )B ?ue con ni,el bao (B+ ic!o lo anterior se procee a expresar las respuestas en ni,el alto e FA++CB co#o una su#a e prouctos:

AC I AC I AC JFA++CB

Ecuaci$n ?ue se puee for#ar e#pleano co#puertas l$gicas co#o las ?ue seexponen en el presente infor#e " ?ue est%n incluias en los circuitos integraosanterior#ente expuestos " posee la siguiente configuraci$n+ en one las entraas seexponen co#o A++C ese arriba !acia abao respecti,a#ente.

A++CB FA++CB

Fig.'.).'.).'

Para elaborar el circuito se eben e#plear ele#entos ?ue aseguren ?ue cuanocual?uiera e estas co#binaciones se presenten+ se obtenga una respuesta a ni,el alto "


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)7

cuano no a ni,el bao+ a!ora ?ue "a es conocia la expresi$n obtenia e la tabla e,era se puee co#en>ar a elaborar el circuito.

8os ele#entos ?ue se e#plearon son 4 circuitos integraos un 480(4+ un

4807' " os 480(< cu"as configuraciones fueron expuestas anterior#ente+ conectorese colores+ una tabla protoboar+ una fuente e ,oltae continuo " el osciloscopio.

En pri#er lugar se anali>a la #eor for#a para ubicar los circuitos integraos en la protoboar " se escoge una #anera $pti#a+ una ,e> ubicaos se co#ien>an a conectar#eiante los conectores e colores.

Fig.'.).'.'

1na ,e> conectaos los circuitos integraos e for#a correcta es cuano se procee a reali>ar pruebas en las cuales se conectan algunas entraas entraas a la fuentee ,oltae continuo para e#ular los ni,eles l$gicos en las iferentes entraas el circuito+to#ano co#o referencia un ,oltae e 9K=L ?ue correspone a un ni,el alto )B " (K=L aun ni,el l$gico bao (B.


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)4

8a #anera e reali>ar las pruebas se ebe ocupar el osciloscopio e laboratorio " para asegura una correcta lectura+ luego e encenerlo se calibra por #eio e la opci$nauto calibrao ?ue posee+ entonces se ocupa el canal A para conectar el ter#inal elcircuito ?ue representa a FA++CB+ a continuaci$n se conexionan las entraas A+ + C en

el protoboar a iferentes ni,eles e ,oltae continuo por #eio e la fuente e ,oltaecontinuo.

En el osciloscopio aparecen las respuestas ?ue se obtienen en FA++CB en lasiferentes pruebas " a continuaci$n se exponen los resutaos.

Tres pruebas obteni-nose los siguientes resultaos pr%cticos

A C FA++CBB( ( ( )

( ( ) (

( ) ( (

Tabla '.).'.)DTabla e =era8os ?ue concueran con los resultaos te$ricos obtenios " por lo tanto se co#prueba elcorrecto conexionao e los circuitos integraos en la tabla e protoboar

A!ora recurrieno al #apa e arnaug! e la tabla e ,era el circuito "ocupano la propiea n@#ero < e %lgebra e oole+ la expresi$n is#inu"enotable#ente

CA

FA++CBJAC I AC I AC

J AC I ACIB

J AC I AC

el circuito se ,uel,e #uc!o #%s si#ple " cu#ple la #is#a funci$n " sei#ple#enta con #enos co#ponentes e circuito.


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)9

'.).7 Acti,ia e laboratorio '

Fig.'.).'.7

0e re?uiere estuiar el siguiente circuito " reconocer ?u- se&ales aparecen en elter#inal F) " ter#inal F'+ para ello se le insertaron toos los toas las co#binacionesl$gicas a las cuatro entraas O+ + " Q.

Antes e reali>ar el procei#iento e conexionao se anali>a el circuito "estuiano la salia e la co#puerta N5/ se puee apreciar la siguiente expresi$n:

0alia e N5/JOIO JO IO JOIOBJ

Al !acer uso e la propiea OIOBJ)

Así la salia e la puerta N5/ es sola#ente Consierano lo anterior se facilit$ enor#e#ente la conexi$n e los circuitos

integraos "a ?ue reuce consierable#ente las conexiones necesarias entre circuitos pararepresentar el #is#o funciona#iento+ entonces en pri#er lugar se conectaron algunas elas entraas el circuito a 9K=L " otras a (K=L+ " se registraron las respuestas el circuitoF) " F'B en el osciloscopio+ ocupano la opci$n e c!anel ) " c!anel ' para F) " F'respect,a#ente+ infor#aci$n ?ue se tabul$ en la siguiente tabla.


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)*

O Q F) F'( ) ( ) ) (

( ) ) ( ( (( ) ) ) ( )

Tabla '.).'.'DTabla e =era

Ta#bi-n se reali>$ una si#ulaci$n el circuito #eiante el progra#a P0M:

Fig.'.).'.4


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)

Gr%fica e =oltae ,s tie#po e las se&ales+ consierano un períoo e O.

=olts=B

Tie#po0B

Fig.'.).'.9


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)<

se obtu,o la siguiente respuesta en los ter#inales F) " F' para un períoo e O

O Q F) F'( ( ( ( ( (

( ( ( ) ) (( ( ) ( ( (( ( ) ) ( )( ) ( ( ( (( ) ( ) ( (( ) ) ( ( (( ) ) ) ( () ( ( ( ( () ( ( ) ) () ( ) ( ( () ( ) ) ( )) ) ( ( ( (

) ) ( ) ( () ) ) ( ( () ) ) ) ( (

Tabla '.).'.7DTabla e =era5cupano la !erra#ientas e su#a e prouctos se conclu"e ?ue

F) J OQ I OQ " F' J OQ I OQ

0i ta#bi-n se ocupa el #apa e Harnaug!:

Q O

5bteni-nose la su#a e prouctos: F)JOQ I OQ


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)

Pero si se ocupan las le"es e algebra la expresi$n se reuce a F)JQ

Q O

F' J OQ I OQ ocupano Algebra se obtiene la expresi$n F'JQ

'.).4 Meiciones

0i#ulaci$n Circuito 8$gico N°)

Fig.'.).7.)

Fig.'.).7.'


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'(

0i#ulaci$n Circuito 8$gico N°'

Fig.'.).7.7


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')

Fig.'.).7.4

'.' Co#entarios

Con tan s$lo conocer las se&ales e entraa " salia e un circuito se pueereconocer a cabalia su funciona#iento l$gico " los circuitos ?ue lo confor#an

0e re?uiere un buen #aneo el osciloscopio tanto e sus funciones co#o el procei#iento e calibraci$n

Es reco#enable ocupar color @nico para caa ,ariable " otro istinto " @nico para su co#ple#ento

El correcto e#pleo e los #apas e arnaug! en conunto con la agrupaci$n e,ariables brinan una si#plificaci$n @nica e circuitos.

/especto a la i#plantaci$n e circuitos l$gicos entro e protoboar resulta untanto engorroso a la !ora e reali>ar circuitos #as co#pleos por lo ?ue seconclu"e ?ue es necesario para operaciones #u" co#pleas otro tipo etecnologías.

Acabaa la construcci$n e los circuitos b%sicos aos co#o acti,ia logra#oscorroborar al final e esta laboratorio ?ue la respuesta l$gica ) es ao por un,oltae sobre los 7 ,oltios " la respuesta logica ( es ao por un ni,el e (+9 #iliD,olts aproxi#aa#ente.

8uego logra#os interiori>ar ?ue efecti,a#ente concueran las topologías con lasrespuestas te$ricas ?ue ebían otorgarnos caa uno e los circuitos e laexperiencia.


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''


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'7

CONCLUSIONES

Al usar e for#a correcta la infor#aci$n unto con e#plear los conceptos e

instru#entos e estuio expuestos se puee conocer a cabalia el co#porta#iento e uncircuito l$gico e incluso el #aneo conceptual per#ite #oificar algunos ele#entos ecircuito sin alterar el correcto funciona#iento e este.

En el presente infor#e ?uea en e,iencia la utilia ?ue estos circuitos poseen+"a sea para generar una se&al eseaa por #eio el uso e las #@ltiples puertas l$gicasexistentes+ ?ue para #uc!a #a"or co#oia est%n i#ple#entaas en circuitosintegraos los cuales son #u" pr%cticos " sencillos e conseguir.

El estuio " reali>aci$n e a#bos circuitos expuestos brin$ un apreni>aeconcreto en one se co#ple#ent$ toa la teoría a?uiria con antelaci$n con la pr%cticaen laboratorio+ " así se co#preni$ la i#portancia ?ue los circuitos l$gicos representan.

8a utili>aci$n e estos circuitos l$gicos representa una in#ensa !erra#ienta para poer esarrollar concretar #uc!as acciones eseaas reali>ano un co#ple#ento e latecnología isponible " el ingenio !u#ano "a ?ue con la a#plia ga#a e ele#entosl$gicos circuitales esta ra#a e la ciencia posee un sinfín e posibiliaes.

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