-
Compuertas Lgicas I y II
Manza Chvez, Herber ([email protected]) - Arias
Carhuancho, Franco
([email protected]) - Chauca Cubas, Jordan
([email protected])
Universidad Nacional del Callao (UNAC) - Facultad de Ingeniera
Elctrica y Electrnica (FIEE)
Escuela Profesional de Ingeniera Electrnica
Circuitos Digitales 2015 - A
RESUMEN: Un circuito integrado (CI), tambin conocido como chip o
microchip, es una pastilla pequea
de material semiconductor, de algunos milmetros cuadrados de
rea, sobre la que se fabrican circuitos
electrnicos generalmente mediante fotolitografa y que est
protegida dentro de un encapsulado de plstico
o cermica. El encapsulado posee conductores metlicos apropiados
para hacer conexin entre la pastilla y
un circuito impreso.
PALABRAS CLAVE: Semiconductor, fotolitografa.
ABSTRACT: An integrated circuit (IC), also known as chip or
microchip, is a small bar of semiconductor
material, a few square millimeters in area, on which electronic
circuits are generally manufactured by
photolithography and which is protected within a plastic case or
ceramic. The encapsulation has appropriate
metallic conductors for connection between the chip and a
printed circuit board.
PALABRAS CLAVE: Semiconductor, photolitography.
INTRODUCCIN:
Las computadoras digitales utilizan el sistema de
nmeros binarios, que tiene dos dgitos 0 y 1. Un
dgito binario se denomina un bit. La informacin
est representada en las computadoras digitales en
grupos de bits.
Las compuertas son bloques del hardware que
producen seales en binario 1 0 cuando se
satisfacen los requisitos de entrada lgica. Las
diversas compuertas lgicas se encuentran
comnmente en sistemas de computadoras
digitales. Cada compuerta tiene un smbolo grfico
diferente y su operacin puede describirse por
medio de una funcin algebraica. Las relaciones
entrada - salida de las variables binarias para cada
compuerta pueden representarse en forma tabular
en una tabla de verdad.
CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES.
Pueden ser desde bsicas puertas lgicas (AND,
OR, NOT) hasta los ms complicados
microprocesadores o micro controladores.
Algunos son diseados y fabricados para cumplir
una funcin especfica dentro de un sistema mayor
y ms complejo. En general, la fabricacin de los
CI es compleja ya que tienen una alta integracin
de componentes en un espacio muy reducido, de
forma que llegan a ser microscpicos. Sin
embargo, permiten grandes simplificaciones con
respecto a los antiguos circuitos, adems de un
montaje ms eficaz y rpido.
Para el presente trabajo utilizaremos algunos de la
serie 74 para eso mostraremos su datasheet.
Fig. 1 - Circuito integrado 7408 contiene 4 AND
-
1ERA PRCTICA COMPRENSIN Y COMPROBACIN DE LAS
COMPUERTAS LGICAS
OBJETIVOS:
Comprender la terminologa de los circuitos
integrados digitales.
Describiremos las caractersticas y las
diferencias entre los circuitos TTL y CMOS.
Analizaremos las funciones lgicas, tablas de
verdad, equivalencia circuital, smbolos delas
compuertas lgicas para su comprensin y usos.
Fig. 2 - Circuito integrado 7400 contiene 4 NAND
Fig. 3 - Circuito integrado 7402 contiene 4 NOR
Fig. 4 - Circuito integrado 7432 contiene 4 OR
Fig. 5 - Circuito integrado 7486 contiene 4 XOR
Fig. 6 - Circuito integrado 74266 contiene 4 NXOR
-
CARACTERSTICAS GENERALES
Las caractersticas destacables de estos
componentes son las siguientes:
Tensin de alimentacin: 5 V, con una
tolerancia (de 4,5 V a 5,5 V).
Niveles lgicos: entre 0,2 V y 0,8 V para el nivel
bajo (L) y entre 2,4 V y 5 V para el nivel alto (H),
ya que estos chips son activados por altos y bajos,
o tambin llamados 0 y 1, dgitos del sistema
binario utilizados para estos usos en la
electrnica.
Cdigo identificador: el 74 para los comerciales
y el 54 para los de diseo militar. Estos ltimos
son chips ms desarrollados, ya que los de serie
74 soportan menos rangos de temperaturas.
Temperatura de trabajo: de 0 C a 70 C para
la serie 74 y de -55 hasta los 125 C para la 54.
PARTE EXPERIMENTAL:
Materiales:
Fuente 5v
Compuertas: 7400, 7402, 7432, 7408, 7486,
74266
Resistencias: 1K(3), 220(6)
LED: 6 (de cualquier color)
Switch: 1 (doble)
Cables
Procedimiento:
Procederemos a armar el siguiente circuito usando
dichas compuertas:
La figura N 7 representa en forma resumida el
esquema del circuito que vamos a armar, porque
en este caso usaremos circuitos integrados que
contengan 4 compuertas de las cuales solo
usaremos una. Son 14 patillas que contiene cada
compuerta de las cuales la patilla 7 y la patilla 14
van respectivamente a GND y VCC.
Una vez armado todo, procederemos a observar el
comportamiento de cada compuerta, valindonos
de un DIP de dos interruptores, el cual nos ayudar
para usar las combinaciones de entrada ya sea 0
lgico (bajo) o 1 lgico (alto).
Usando una tensin de 5voltios.
Por ejemplo si usamos la combinacin de 0 - 0,
entonces como resultado deberan encender los
leds que estn en las salidas de las compuertas
NAND y NOR.
Debemos comprobar, todas las combinaciones
posibles para ver que leds estn encendidos en tal
combinacin y cules de ellos no lo estn.
Luego de eso determinaremos el voltaje de salida
de cada circuito integrado, con un multmetro para
medir la tensin de salida, pero sin los leds ni
resistencias en la salida. A continuacin
presentaremos un cuadro de combinaciones con
sus respectivas salidas de voltaje:
OF
FO
N1 2
4 3
DSW1DIPSW_2
1
23
U1:A
74LS08
1
23
U2:A
74LS00
1
23
U3:A
74LS32
2
31
U4:A
74LS02
1
23
U5:A
74LS86
1
23
U6:A
74LS266
R1220
R2220
R3220
R4220
R5220
R6220
D1LED
D2LED
D3LED
D4LED
D5LED
D6LED
R71k
R81k
+5v
R9 1k
Fig. 7 Diseo del circuito hecho en ISIS - PROTEUS
-
CUADRO DE SALIDAS DE VOLTAJE EXPERIMETNAL DE CADA COMPUERTA
LOGICA:
A B AND NAND OR NOR XOR NXOR
74LS08 74LS00 74LS32 74LS02 74LS86 74LS266
0 0
0 1
1 0
1 1
CONCLUSIONES:
Las compuertas lgicas AND, OR y NOT son la
base esencial para la construccin de cualquier
circuito digital. En base a estas se construyen las
otras: NAND, NOR XOR y XNOR.
Notamos que las compuertas usadas a excepcin
de la NOR, presentan en la patilla 3 su salida
correspondiente mientras que en la NOR la salida
lo tiene en la patilla 1.
Las compuertas lgicas son circuitos que generan
voltaje de salida en funcin de combinaciones de
entrada correspondiente a las funciones lgicas.
Sabas que
La puerta lgica XOR se puede utilizar como
un sumador de un bit que agrega un bit
adicional a la salida. Si sumamos 1 + 1 en forma
binaria, se espera la respuesta de dos bits 10 (es
decir, 2 en decimal). Dado que el bit menos
significativo de esta salida se consigue con la
puerta XOR, el bit de acarreo anterior se calcula
con una puerta AND. Este es el principio
fundamental de los "semi-sumadores" lgicos y
la combinacin de AND-XOR puede ser usada
con el fin de aadir nmeros binarios de mayor
longitud.
2DA PRCTICA - HABILITACIN
E INHIBICIN:
OBJETIVOS:
Sealar que compuertas habilitan o inhiben a una
seal con una entrada de control.
Comprender el significado de inhibir o habilitar.
Se dice que una seal est habilitada cuando al
pasar por una compuerta lgica, esta pasa sin
OF
FO
N1 2
4 3
DSW1DIPSW_2
1
23
U1:A
74LS08
1
23
U2:A
74LS00
1
23
U3:A
74LS32
2
31
U4:A
74LS02
1
23
U5:A
74LS86
1
23
U6:A
74LS266
R1220
R2220
R3220
R4220
R5220
R6220
D1LED
D2LED
D3LED
D4LED
D5LED
D6LED
R71k
R81k
+5v
Volts
0.00
Volts
+2.22
Volts
0.00
Volts
+2.22
Volts
0.00
Volts
+2.20
R9 1k
Fig. 8 Diseo del circuito con medida de voltaje hecho en ISIS -
PROTEUS
-
ningn inconveniente pero se da dos casos: cuando
pasa en forma normal o forma complementada. En
cambio una seal ser inhibida cuando al ingresar
por una compuerta lgica esta desaparece y en
respuesta a esta nos aparece dos seales diferentes,
estas son Inhibe High (alto) o inhibe low (bajo). A
continuacin presentaremos algunas compuertas
que habilitan o inhiben:
Como se observa de la figura anterior se ha
realizado el esquema de salidas de una seal lgica
de 4 compuertas en donde la seal de color rojo es
la seal a estudiar y la seal de azul es la forma
complementada, esto sucede debido a una entrada
de control que puede ser alto o bajo. Por ejemplo
de la figura anterior para el caso de la compuerta
NAND, la seal sale de forma invertida
(complementada) si le aplicamos una entrada de
control de nivel 1, pero sigue siendo habilitada, en
cambio si aplicamos una entrada de control de
nivel 0 la salida sera 1 (inhibe high).
En otras palabras decir que una seal sea habilitada
no quiere decir que salga tal y como este, es por
eso que se dice que una seal tambin est
habilitada en su forma complementada lo ms
importante es que la seal no desaparezca.
PARTE EXPERIMENTAL:
Materiales:
Fuente 5v
Compuertas: 7400, 7402, 7432, 7408, 7486,
74266
Resistencias: 1K(3), 220(6)
LED: 6 (de cualquier color)
Switch: 1 (doble)
Cables
1 circuito astable
Procedimiento:
A continuacin procederemos a armar el siguiente
circuito usando las compuertas y un circuito
astable
Fig. 9 Cuatro compuertas bsicas pueden habilitar o inhibir el
paso de una seal de entrada
-
Ahora podremos saber que compuertas hacen
pasar la seal, esto lo sabremos ayudndonos de
una seal, la cual obtenemos usando la salida del
timer en modo astable. Donde la patilla 3 del timer
remplazar a la a una de las entradas del DIP (la
que conecta al pin 1 de cada compuerta), y con eso
nos bastar para obtener una seal
aproximadamente por 1 segundo luego la otra
entrada ser un 1 lgico o un 0 lgico (high o low
respectivamente). Con este arreglo obtendremos
las salidas respectivas de cada compuerta lgica
haciendo variar la entrada de control.
OF
FO
N1 2
4 3
DSW1DIPSW_2
1
23
U1:A
74LS08
1
23
U2:A
74LS00
1
23
U3:A
74LS32
2
31
U4:A
74LS02
1
23
U5:A
74LS86
1
23
U6:A
74LS266
R1220
R2220
R3220
R4220
R5220
R6220
D1LED
D2LED
D3LED
D4LED
D5LED
D6LED
R81k
+5v
R9 1k
R4
DC7
Q3
GN
D1
VC
C8
TR2
TH6
CV5
U7555
C1
10uF
C2
0.001uF
6%
RV11M
R7 10k
D7LED-GREEN
R10220
OF
FO
N1 2
4 3
DSW1DIPSW_2
1
23
U1:A
74LS08
1
23
U2:A
74LS00
1
23
U3:A
74LS32
2
31
U4:A
74LS02
1
23
U5:A
74LS86
1
23
U6:A
74LS266
R1220
R2220
R3220
R4220
R5220
R6220
D1LED
D2LED
D3LED
D4LED
D5LED
D6LED
R81k
+5v
R9 1k
R4
DC7
Q3
GN
D1
VC
C8
TR2
TH6
CV5
U7555
C1
10uF
C2
0.001uF
6%
RV11M
R7 10k
D7LED-GREEN
R10220
Fig. 10 Diseo del circuito con compuertas y un circuito astable
hecho en ISIS - PROTEUS
Fig. 10 Circuito mostrando las seales en ISIS - PROTEUS
-
De la figura anterior se puede observar que la seal
es reconocida mediante el encendido de un led
verde que est en la salida del timer en modo
astable y luego que el la otra entrada (nmero 2)
del dip est en un 1 lgico, est es la entrada de
control.
Luego vemos a continuacin otros leds que se
encienden junto con el led de la seal, entonces
diremos que si ocurre ello, pero parpadeando el
led, tales compuertas estn habilitando la seal
pero si estn encendidos y no se apagan entonces
se dice que esta inhibido high caso contrario
estando apagado inhibido low.
A continuacin presentaremos la tabla de las
compuertas y como es su salida en funcin a la
entrada de control y la seal.
CUADRO DE RESULTADOS
Seal B AND NAND OR NOR XOR XNOR
A 0 Inhibe low Inhibe high Habilita Habilita Habilita
Habilita
1 Habilita Habilita Inhibe high Inhibe low Habilita Habilita
Donde la seal puede estar en bajo (0 lgico) o alto
(1 lgico). La lnea ( )de arriba indica que est
habilitada pero de forma complementada; esto
significa que la seal llega a pasar pero en sentido
inverso. La seal aqu parpadea, es decir que se
apaga por un tiempo y luego se enciende de forma
peridica. Inhibe low se manifiesta mediante el
apagado permanente de alguno de los leds,
mientras que en inhibe high estn prendidos de
forma permanente algunos leds.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:
Diferencia entre habilitar e inhibir
La diferencia entre estos dos trminos se puede
observar por ejemplo en un contador de frecuencia
(usando la puerta AND) donde habilitar
significa que permite el paso de seales en
determinados instantes e inhibir es el periodo en
el que no hay paso de seales en dicho contador.
COMPUERTAS QUE HABILITAN
Podemos decir que las compuertas lgicas como
AND NAND OR Y NOR de dos entradas segn lo
anterior pueden habilitar de forma normal o
complementada, pero tambin pueden inhibir, esto
experimentado en el cuadro es no hacer pasar la
seal. En Cambio las compuertas XOR y XNOR
solo habilitan de forma normal o complementada
pero no inhiben.
Las compuertas lgicas en general trabajan de
acuerdo a un patrn establecido, tanto
experimental como tericamente, es por ello que
sin la necesidad de usar dichas compuertas en
protoboard y armar el circuito anterior podemos
llegar a tal conclusin que algunas de ellas hacen
pasar la seal y otras no, eso se debe a que cada
compuerta tiene una definicin que usndola
podemos llegar a la misma respuesta.
BIBLIOGRAFIA:
Diseo digital, Wakerly, Pearson, 3ra. Ed., 2001
Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer,
Prentice Hall, 8va. Ed., 2003
Dispositivos lgicos programables y sus aplicaciones, Mandado,
Thomson, 2002.
Problemas de Circuitos y Sistemas Digitales, Baena Oliva y
otros, McGraw-Hill, 2001
ENLACES:
http://es.slideshare.net/kevinatiencia/familias-ttl-y-cmos
http://es.slideshare.net/xdorzx/circuito-logicos-combinacionales-ver-2-41337509
