Circuitos Digitales Combinacionales

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

PROGRAMA:

TECNICOS INDUSTRIALES Curso Electrónica Industrial

FASCÍCULO DE APRENDIZAJE

CIRCUITOS DIGITALES CONBINACIONALES

Técnico de Nivel Medio

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO FAMILIA OCUPACIONAL

ELECTROTECNIA

ESPECIALIDAD

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

NIVEL

TÉCNICO MEDIO

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la especialidad de ELECTRÓNICA INDUSTRIAL a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES. Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI N° de Página……134……

Firma …………………………………….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………04.09.14…….

Registro de derecho de autor:

VCC= 5V

SW DIP-2 4 3

1

A 1

1

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN Comprobar el funcionamiento de puertas lógicas.

CANT

1 330R

2

330R x 2 2

2,2K

S

2

2

2,2K

PZA

74LS86

1

1

B

No 01

3

2

2

1 2

D2

D3

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS las Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta Lógica

DENOMINACIÓN – NORMA / DIMENSIONES

RECONOCIMIENTO DE PUERTAS LÓGICAS


MATERIAL OBSERVACIONES HT REF. HT - 01 Tiempo: 15 Horas Escala:

HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 01 CI. Puertas lógicas AND Pieza 01 CI. Puertas lógicas OR Pieza 01 CI. Puertas lógicas NOT Pieza 01 CI. Puertas lógicas NAND Pieza 01 CI. Puertas lógicas NOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas XOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas XNOR Pieza 01 CI. Puertas lógicas NAND Colector abierto Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 04 Resistores de 2,2K ¼ W Pieza 04 Resistores de 330 Ω - ¼ W Pieza 04 Diodos LED Metros 01 Cable telefónico.

CÓDIGO 74LS08 74LS32 74LS04 74LS00 74LS02 74LS86 74LS266 74LS01 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

PUERTAS LÓGICAS INTRODUCCIÓN Las puertas lógicas o compuertas lógicas, son elementos decisorios que reciben un determinado número de señales de entrada y proporcionan una señal de salida que depende de las condiciones de entrada y que puede asumir solamente dos estados lógicos diferenciados; “1” lógico que significa presencia de un nivel de tensión determinado y “0” lógico que implica un nivel de tensión cero ( lógica positiva ), o “1” lógico que significa nivel de tensión cero y “0” lógico que implica la presencia de un nivel de tensión determinado (lógica negativa). Las puertas lógicas constituyen los dispositivos lógicos elementales cuyo funcionamiento nos permite comprender circuitos lógicos más complejos, por tanto es necesario entender a plenitud el funcionamiento de cada una de ellas. Debido al uso de sólo dos estados “1” y “0” se dice que la lógica digital es binaria por naturaleza, es por ello necesario también comprender los sistemas de numeración utilizados en la electrónica digital como son el binario y el hexadecimal. 1. SISTEMAS DE NUMERACIÖN 1.1 Sistema binario: Está basado en la utilización exclusiva de dos números el 0 y el 1 para expresar cualquier magnitud. El sistema binario es compatible con los dispositivos utilizados en electrónica digital puesto que todos los dispositivos utilizados trabajan con dos estados lógicos 1 y 0 asimilables al 1 y 0 binarios. Por ejemplo el número 110012 = 2510, lo cual se puede obtener de la forma siguiente: 110012 = 1x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 16 + 8 + 0 + 0 + 1 = 25. En la siguiente tabla se muestra los pesos de las sucesivas posiciones de un número binario cualquiera así como la forma de obtener el número decimal que éste representa: PESOS No Binario

64 1

32 0

16 1

8 1

4 1

2 0

1 0

El número binario del cuadro representa el siguiente número decimal: 10111002 = 64 + 16 + 8 + 4 = 9210. Este número se obtiene de la suma de los pesos asociados a los dígitos 1 del número binario en cuestión. Ahora bien, para convertir un número decimal a binario se realiza divisiones sucesivas del número decimal entre la base binaria 2. El residuo de cada división se convierte en parte del número binario: Por ejemplo: Para convertir el número 50 decimal a binario se procede de la siguiente forma:


REF HT – 01 HCT 1 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 50 0

2 25 1

2 12 0

2 6 0

2 3 1

2 1 Sentido de formación del número binario.

Esto implica que: El número 5010 = 1100102 1.2 Sistema Hexadecimal: Se trata de un sistema de numeración en base 16 que utiliza los siguientes códigos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Este sistema es ampliamente utilizado simplifica notablemente la escritura de los números binarios. Todos los números del sistema hexadecimal se pueden expresar con cuatro dígitos o bits binarios, lo que facilita la transposición entre estos dos sistemas. Por ejemplo el número 4F716 = 0100 1111 01112. DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

HEXADECIMAL BINARIO 0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9 1010 A 1011 B 1100 C 1101 D 1110 E 1111 F

Representación de números en el sistema hexadecimal. Para convertir un número binario en hexadecimal se agrupan los dígitos de 4 en 4 de izquierda a derecha, añadiendo los ceros que sean necesarios. Por ejemplo: El número 01001011101112 = 0000 1001 0111 01112 = 097716. Para convertir un número hexadecimal en decimal se emplea el sistema de sumar el valor que representa cada dígito según su posición multiplicando por las diversas potencias de la base que en este caso es 16. Por ejemplo: 6E416 = 6x162 + 14x161 + 4x160 = 1536 + 224 + 64 = 182410 ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Para convertir un número decimal a hexadecimal, se efectuarán divisiones sucesivas entre 16, cuando no sea posible continuar dividiendo, se formará el número hexadecimal con el último cociente seguido de los residuos obtenidos. Por ejemplo: 225 16 224 1 14 22510 = E116 . 1.3 Código BCD: Código decimal codificado en binario. Este código representa los números decimales del 0 al 9 utilizando 4 dígitos binarios para cada número decimal. Por ejemplo: El número 45910 = 0100 0101 1001 (BCD) Este código es ampliamente utilizado en las máquinas y computadoras. DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

2. PUERTAS LÓGICAS 2.1 Puerta AND “Y”: Dispositivo lógico cuyo nivel de salida representa el producto lógico de los niveles lógicos presentes en sus entradas. La salida de una puerta lógica AND es un nivel lógico “1” solamente si todas sus entradas poseen nivel lógico “1” , de lo contrario el nivel lógico de salida es “0” . El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

CIA 3

2

S

7408

Símbolo

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A.B

S = A.B 0 0 0 1

A

B

S

Circuito Equivalente

2.2 Puerta OR “O”: Dispositivo lógico cuyo nivel de salida representa la suma lógica de los estados lógicos presentes en sus entradas.. La salida de una puerta lógica OR es un nivel lógico “1” si por lo menos una de sus entradas o ambas presenta nivel lógico “1”, por el contrario la salida de una puerta OR es un nivel lógico “0” si todas sus entradas presentan nivel lógico “0”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:




A B

1

CIA 3

2

S

7432

Símbolo

A

B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A+ B

S = A+ B 0 1 1 1

A S B


2.3 Puerta NOT “NO”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación del estado lógico presente en la entrada. La salida de una puerta NOT es un nivel lógico “1” cuando su entrada presenta nivel lógico “0” y viceversa. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación: CIA

A

1

2

S

A

0 1 S=A

7404

Símbolo

A

S=A 1 0

S


2.4 Puerta NAND “NO Y”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación de los estados lógicos de salida de una puerta AND. La salida de una puerta NAND es un “1” lógico cuando por lo menos una de sus entradas o todas presentan nivel lógico “0” , por el contrario la salida asume el estado lógico “0” cuando todas sus entradas presentan estado lógico “1”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

3

2

B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A.B A

CIA

S

7400

Símbolo

S = A.B 1 1 1 0

A

B

S Circuito Equivalente

2.5 Puerta NOR “NO O”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación de los estados lógicos de salida de una puerta OR. La salida de una puerta NOR es un “0” lógico cuando por lo menos una de sus entradas o todas presentan nivel lógico “1” , por el contrario la salida asume el estado lógico “1” cuando todas sus entradas presentan estado lógico “0”. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito eléctrico equivalente se muestran a continuación:

A B

1

CIA 3

2 7400

Símbolo

S

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S = A+ B

S = A+ B 1 0 0 0

A B S Circuito Equivalente

2.6 Puerta XOR “OR Exclusiva”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida es un nivel lógico “1” cuando sus dos entradas presentan niveles lógicos diferentes, por el contrario ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT – 01 HCT 4 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES su salida asume el estado lógico “0” cuando sus dos entradas presentan estado lógicos iguales. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito lógico equivalente se muestran a continuación:

A B

CIA

1

3

2

S

7486

Símbolo B A CIC 5

6

1

1

CIC 5

6

S = A⊕B 0 1 1 0

CIA 3

2 7404

A B 0 0 1 0 0 1 1 1 S=A⊕B

4 7408 CIA

6

5 3

2

CIB

S

7432

7408

7404

Circuito Lógico Equivalente 2.7 Puerta XNOR “NOR Exclusiva”: Dispositivo lógico cuyo estado de salida representa la negación del estado de salida de una puerta OR exclusiva. La salida de una puerta NOR exclusiva asume el estado lógico “0” cuando sus dos entradas presentan niveles lógicos diferentes, por el contrario su salida asume el estado lógico “1” cuando sus dos entradas presentan estado lógicos iguales. El símbolo lógico, la tabla de verdad y el circuito lógico equivalente se muestran a continuación: B A S = A⊕ B CIA 1 1 0 0 A 3 S 0 1 0 2 B 0 0 1 74AHCT266 1 1 1 Símbolo S = A⊕ B

B

A 1

CIA 3

2 CIC 5

6

7408 CIA

CIB 6

5 3

2

7404

S

7432

7408

CIC 5

1

4

6 7404

Circuito Lógico Equivalente ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. ALGEBRA DE BOOLE 3.1 AXIOMAS PARA LA RESOLUCIÓN DE ECUACIONES LÓGICAS: Primer Axioma: El producto lógico de “1” por una función lógica cualquiera, es igual a la función. A . 1 = A CIA

A 1

1

A

3

2 7408

Segundo Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera, por “0”, es igual a cero. A.0=0

A 0

1

CIA 3

2

0

7408

Tercer Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera por la misma función, es igual a la misma función. A.A=A

A A

1

CIA 3

2

A

7408

Cuarto Axioma: El producto lógico de una función lógica cualquiera por la negación de la misma es igual a cero. A.Ā=0

A A

1

CIA

0

3

2 7408

Quinto Axioma: La suma lógica de “1” mas una función lógica cualquiera, es igual a “1”. A+1=1

A 1

1

CIA 3

2

1

7432

Sexto Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas “0”, es igual a la función. A+0=A ELECTRÓNICA INDUSTRIAL



A 0

1

CIA

A

3

2 7432

Sétimo Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas la misma función es igual a la misma función. A+A=A

A A

1

CIA 3

2

A

7432

Octavo Axioma: La suma lógica de una función lógica cualquiera, mas la negación de la misma función es igual a “1”. A+Ā=1

A A

1

CIA 3

2

1

7432

Noveno Axioma: A+B=B+A A.B=B.A Décimo Axioma: A + B + C = A + (B + C) = (A + B) + C = (A + C) + B A . B . C = A (B . C) = (A . B) C = (A . C) B Undécimo Axioma: A (B + C) = A .B + A . C Duodécimo Axioma: A + B . C = (A + B) . (A + C) Treceavo Axioma: A + A.B = A Catorceavo Axioma: A+Ā.B=A+B 3.2 TEOREMAS DE MORGAN: 1er Teorema: La inversa de la suma lógica de dos o más variables es igual al producto lógico de los inversos de dichas variables.

A + B = A . B

A B

2

P1A 1

3

S

7402


A B

2

P2A 1

3

S

7408


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2do Teorema: La inversa de un producto lógico de dos o más variables equivale a la suma lógica de las inversas de dichas variables.

A . B = A + A B

1

B

P1A 3

2

S

A B

7400

1

P2A 3

2

S

7432

4. FAMILIAS LÓGICAS Todos los dispositivos lógicos son encapsulados en circuitos integrados, los cuales constituyen circuitos electrónicos funcionales fabricados en un mismo proceso sobre un sustrato común llamado CHIP y dentro de una misma cápsula. En un principio el CI podía solamente contener una o dos puertas lógicas, en la actualidad con el avance de la tecnología en su fabricación, se ha conseguido que un CI pueda contener miles de puertas lógicas. Con el fin de expresar el grado de complejidad y capacidad de los CI digitales se han utilizado diferentes terminologías y parámetros en función de la cantidad de compuertas lógicas que puede contener un CI: SSI: Pequeña Escala de Integración, CI que contienen no más de 12 puertas lógicas. MSI: Mediana Escala de Integración, CI que contiene de 12 a 99 puertas lógicas. LSI y VLSI: Alta Escala de Integración y Muy alta escala de integración, CI que contiene decenas de miles de puertas lógicas. ULSI: Ultra alta escala de integración, CI que contiene más de 100 000 puertas lógicas. Todos los CI digitales a excepción de algunos tipos LSI y VLSI como las memorias, se dividen en familias lógicas. Ahora bien todos los elementos o dispositivos que pertenecen a una familia son compatibles entre si, esto quiere decir que poseen las misma características de funcionamiento. Las familias lógicas más importantes son: TTL: Logica Transistor-Transistor. CMOS: Lógica Metal-Oxido Semiconductor con Transistores Complementarios. 4.1 Términos y Parámetros de los CI Digitales: Parámetros de voltaje y corriente: • VIH(min): voltaje de entrada de nivel alto; mínimo nivel de voltaje requerido para un “1” lógico en una entrada. • VIL(max): voltaje de entrada de nivel bajo, máximo nivel de voltaje requerido para un “0” lógico en una entrada. • VOH(min): voltaje de salida de nivel alto, mínimo nivel de voltaje requerido para un “1” lógico en una salida. • VOL(max): voltaje de salida de nivel bajo, máximo voltaje de salida requerido para un “0” lógico en una salida. • IIH: corriente de entrada de nivel alto, corriente que fluye en una entrada al aplicársele un nivel alto. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES • • •

IIL: corriente de entrada de nivel bajo, corriente que fluye en una entrada al aplicársele un nivel bajo. IOH: corriente de salida de nivel alto, corriente que fluye desde una salida en nivel alto en determinadas condiciones de carga. IIH: corriente de salida de nivel bajo, corriente que fluye desde una salida en nivel bajo en determinadas condiciones de carga.

Factor de Carga de Salida y Entrada (Fan-out, Fan-in) • Fan-out: Máximo número de elementos lógicos que pueden conectarse a una salida. • Fan-in: Máximo número de elementos lógicos que puede aceptar una entrada: Retardos en la propagación: • TPLH: Tiempo de retardo de una puerta lógica al pasar de “0” a “1” lógico. • TPHL: Tiempo de retardo de una puerta lógica al pasar de “1” a “0” lógico. Por lo general estos tiempos de retardo son distintos y dependen de las condiciones de carga. Requerimientos de Potencia: La cantidad de potencia que necesita un CI se especifica por lo general en términos de corriente ICC consumida por la fuente de alimentación y el voltaje que suministra VCC. La potencia real es el producto de ambas cantidades. Sin embargo, en muchos CI el consumo de corriente varia según los estados lógicos de los circuitos en el encapsulado, de ahí que: ICCH: Es el consumo de corriente de la fuente de alimentación cuando los niveles lógicos del CI son altos, y ICCL: Es el consumo de corriente de la fuente de alimentación cuando los niveles lógicos del CI son bajos. Por lo general estos dos valores son distintos siendo necesario calcular la corriente promedio la cual es: ICC(prom) =(ICCH + ICCL) / 2 Con lo cual el consumo de potencia promedio será: PD (prom) = ICC(prom) x VCC Producto Velocidad-Potencia: En general, es deseable que un CI tenga menores retardos en la propagación (mayor velocidad), así como bajos valores en la disipación de potencia. Un medio para comparar y medir el desempeño global de una familia de CI en este aspecto es el producto velocidad-potencia, el cual se define multiplicando el retardo de propagación de una compuerta por la potencia que disipa. Por ejemplo una compuerta que tiene un retardo de propagación de 10 ns y disipa una potencia de 10 mW, tendrá un producto velocidadpotencia igual a: 10 ns x 10 mW = 100 x 10-12 W-s. lo que equivale a 100 pj (picojoules). Obviamente es deseable que un CI tenga un valor bajo de producto velocidad-potencia. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Inmunidad al Ruido: Se refiere a la capacidad de un CI para tolerar voltajes de entrada ruidosos sin alterar su funcionamiento. La inmunidad al ruido se especifica en mV (milivoltios) o en V (voltios). Podemos distinguir: • VNL: Voltaje de ruido permisible en una entrada que se encuentra en nivel bajo. • VNH: Voltaje de ruido permisible en una entrada que se encuentra en nivel alto. 4.2 Familia Lógica TTL: La familia de CI TTL (Lógica de Transistor a Transistor) en la actualidad es de amplia utilización, para su fabricación se utilizan transistores bipolares o BJT, y comprende las siguientes series: SERIE 74 (TTL ESTÁNDAR) SERIE 74H (TTL DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA): (Obsoleta) SERIE 74H (TTL DE ALTA VELCIDAD): (Obsoleta) SERIE 74S (TTL SCHOTTKY): (transistor barrera Schottky = 0,25v) SERIE 74LS (TTL SCHOTTKY DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA). SERIE 74AS (TTL SCHOTTKY AVANZADA). SERIE 74ALS (TTL AVANZADA SCHOTTKY DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA). A continuación se muestra una tabla comparativa de los parámetros de cada serie TTL: FAMILIA LÓGICA TTL Rangos de Voltaje de Vnominal = 5v Vmin = 4,45v Alimentación ( VCC) Mmax = 5,25V Parámetros de 74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS voltaje 2,5 2,5 2,7 2,4 2,7 2,4 2,4 VOH(min) 0,4 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 0,4 VOL(max) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 VIH(min) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,8 VIL(max) Parámetros de 74LS 74AS 74ALS 74 74L 74H 74S funcionamiento Retardo de 9 33 6 3 9,5 1,7 4 propagación (ns) Disipación de potencia 10 1 23 20 2 8 1 (mW) Producto velocidad90 33 138 60 19 13,6 4,8 potencia (pj) Factor de carga de salida para la misma 10 20 10 20 20 40 20 serie (Fan-out) Inmunidad al ruido 400 (mV) Otras características de la familia TTL: Entradas Flotantes, Cualquier entrada de un circuito TTL no conectada actúa como si estuviera conectada a un nivel lógico alto, es necesario tener ello en consideración a la hora de realizar circuitos con compuertas TTL. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Entradas Interconectadas, Si dos o mas entradas TTL se interconectan, estas tendrán un Fan-out que será la suma de los Fan-out de cada una de las entradas que intervienen en la conexión a excepción de las compuertas NAND y AND, en estos casos el Fan-out será el mismo en estado bajo. Salidas TTL de Colector Abierto, En CI TTL convencionales es imposible interconectar terminales de salida entre sí , ello podría producir el deterioro de los circuitos que intervienen en la conexión, debido a un exceso en la corriente de salida de uno de ellos al encontrarse éstos con diferentes niveles de salida. Con el fin de poder efectuar la conexión AND alambrada utilizando CI TTL , éstos se han diseñado con salidas de colector abierto que permite la conexión de un resistor exterior que limite la corriente de salida cuando se efectúa la conexión de terminales de salida entre sí.

A B C D

1

P1A 3

2

4

A B

1 7400 P1B

P1A 3

2 6

5

7408

9

8

10

S C D

P1C

12

7400 P1D

S 11

13

7400

7400

S = A.B . C.D

S = A.B . C.D

Conexión con circuitos convencionales

Conexión AND alambrada

Ambos circuitos son equivalentes, pero para que la conexión AND alambrada se efectúe sin problemas, es necesario que las puertas del circuito de la derecha sean de colector abierto.

2

1

Vcc

Puerta B

R

Puerta A

Representación de las salidas de colector abierto interconectadas entre si. Salidas TTLTriestado, Salida que permite tres estados de salida posibles: Alta, Baja y Alta impedancia (Alta Z). El estado de alta impedancia es una condición en la que el terminal de salida de un CI presenta alta impedancia en relación al terminal de tierra y a VCC. Es decir, el terminal de salida está flotante y no presenta nivel alto ni nivel bajo. Los CI triestado presentan además de sus terminales normales, un terminal adicional cuyo estado lógico determina el funcionamiento del circuito, el cual es denominado terminal de habilitación EN y puede ser activado en nivel alto o en nivel bajo. Por ejemplo, ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT – 01 HCT 11 / 14 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES veamos el funcionamiento del siguiente circuito inversor triestado a través de su tabla de verdad

EN 1

EN O 1 1

A

2

3

S

A X 0 1

S Alta Z 1 0

P1A 74125

4.3 Familia Lógica CMOS: La familia de CI CMOS (MOS Complementario) en la actualidad es también ampliamente utilizada, para su fabricación se utilizan transistores MOSFET canal N y P, y comprende las siguientes series: SERIE 4000. SERIE 74C: Compatible en terminales y en funciones con los dispositivos TTL que tienen el mismo número. SERIE 74HC(CMOS DE ALTA VELOCIDAD): Versión que mejora a la serie 74C, compatible en terminales y en funciones con los dispositivos TTL de la serie 74LS. SERIE 74HCT: De la serie CMOS de alta velocidad, compatible eléctricamente con los dispositivos TTL. A continuación se muestra una tabla comparativa de algunas de las características de la series CMOS: FAMILIA LÓGICA CMOS Voltaje de Alimentación Niveles de Voltaje VOH(min) VOL(max) VIH(min) VIL(max)

40 3 a 15v 40 VDD 0 70% VDD 30% VDD

74C 3 a 15v 74C VDD 0 70% VDD 30% VDD

74HC 2 a 6v 74HC 4,9 0,1 3.5 1,0 (VDD=5v) 74HC

74HCT 2 a 6v 74HCT 4,9 0,1 2,0 0,8 (VDD=5v) 74HCT

Parámetros de funcionamiento 40 74C Disipasión de potencia (mW) Depende de Depende de 0,0025 0,001 Estática. la frecuencia la frecuencia 0,17 0,1 A 100MHz Velocidad-potencia a 100 KHz 5 1.4 (pj) Retardo de propagación (ns) 50 8 Más veloz Más veloz Factor de carga Depende del retardo permisible en la propagación Margen de ruido en el peor de los 1,5 0,9 casos (V) Otras características de la familia CMOS:



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Entradas flotantes, las entradas no utilizadas en CMOS nunca deben dejarse desconectadas, todas debes estar conectadas a un nivel fijo de voltaje. Una entrada CMOS flotante, es susceptible al ruido y a cargas estáticas que fácilmente podrían activar los canales MOSFET al estado conductor, produciendo mayor disipación de potencia y posible sobrecalentamiento. Salidas CMOS de Drenador Abierto, las salidas CMOS convencionales nunca deben interconectarse, ello produciría un funcionamiento erróneo del circuito. Algunos dispositivos CMOS están disponibles con salidas de drenador abierto, que son la contra parte de los circuitos de colector abierto de TTL. Para interconectar salidas CMOS entre sí es necesaria la conexión de un resistor externo. 1

Vcc

500R

P1A 1

2

2

A

P1B

B

3

4

P1C

C

5

6

Salidas CMOS Triestado, Varios CI CMOS tienen salidas triestado, su operación es similar a los dispositivos triestado TTL. 5. SIMBOLOGIA IEEE: En 1984 se introdujo un nuevo conjunto de símbolos estándar que proporcionan información más útil respecto al la función de un dispositivo digital determinado. La ventaja que representa este tipo de simbología respecto a la simbología tradicional es la facilidad con la que se puede distinguir las características de funcionamiento de un dispositivo digital complejo. A continuación mostramos el significado de algunos de los símbolos empleados por la simbología IEEE que será necesario identificar a fin de familiarizarnos con esta simbología cuya aceptación es cada vez mayor. AmplificadorIzquierda Izquierda Amplificador AmplificadorDerecha derecha Amplificador SalidaTriestado triestado Salida Terminalactivo activoen ennivel nivelbajo bajoIzq. derecha Terminal Trminal erminalactivo activoen ennivel nivelbajo bajoIzq. izquierda Te alidade decolector colectorabierto abierto nivel nivelalto. alto SS alida decolector colectorabierto abierto nivel nivelbajo. bajo SS aalida lida de ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 6. CUESTIONARIO: 1.- Efectuar las siguientes conversiones: a) 105 10 a Binario b) 1011012 a Decimal c) 165 10 a Hexadecimal d) AF47 16 a Binario e) 011110101012 a Hexadecimal 2.- Exprese los siguientes números en código BCD: a) 467 b) 6599 c) 765 d) 30134 3.- Enumere los tipos de puertas lógicas estudiadas. 4.- Enumere los catorce axiomas del álgebra de Boole y establezca la relación de cada axioma con la compuerta lógica correspondiente. 5.- Mencione cuáles son las implicancias de los teoremas de Morgan respecto a las compuertas lógicas. 6.- Defina los términos y parámetros más importantes de los CI digitales. 7.- Que consideraciones es necesario tener en cuenta cuando se trata de entradas interconectadas y flotantes en las tecnologías TTL y CMOS. 8.- Como deben conectarse las salidas de colector abierto y que ventajas presentan respecto a una salida normal tanto en la tecnología TTL como CMOS. 9.- Explique el fundamento y aplicaciones de las compuertas triestado. 10.- Investigue el funcionamiento y aplicaciones de las compuertas Schmitt Trigger.



VCC= 5V 1 2 3 4

SW DIP-4

8 7 6 5

D C

S 1

B

No 01

PZA

1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Armar y probar circuito combinacional con Protoboard. puertas lógicas. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica

CANT


MATERIAL

OBSERVACIONES

MONTAJE DE CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES

HT


Tiempo: 12 Horas Escala:

REF. HT - 02 HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Puertas lógicas NAND Pieza 04 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 01 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 01 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS00 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito combinacional con puertas lógicas. Consiste en aplicar los principales axiomas y teoremas del álgebra de Boole para el diseño armado y prueba de un circuito combinacional sencillo que satisfaga una aplicación particular, a partir de ciertas condiciones establecidas y a través de las siguientes fases: • Planteamiento del problema • Obtención de la tabla de verdad • Obtención de la ecuación lógica • Simplificación de la ecuación obtenida • Implantación del circuito original e • Implantación con puertas NAND PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Planteamiento del problema, definición de las condiciones de operación del circuito lógico: “Un número binario de cuatro bits D C B A , donde D, es el bit MSB (Bit más significativo) y A , es el LSB (Bit menos significativo). Diseñe un circuito lógico que produzca una salida de nivel alto siempre que el código binario de entrada sea mayor que 0011 y menor que 1001.”

2do Paso

Obtenga la tabla de verdad en función del enunciado anterior : D C B A S 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1

3er Paso

Obtenga la ecuación lógica de la tabla de verdad No 1utilizando los “1” lógicos, de modo que la ecuación obtenida quede expresada en la forma de sumatoria de productos:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO

REF HT - 02 1 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4to Paso

Simplifique la ecuación lógica utilizando los axiomas y teoremas del álgebra de Boole o el mapa de Karnaung:

5to Paso

Implante el circuito lógico en función de la ecuación anterior y complete la figura No 1 VCC= 5V SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

D C

S 1

B 1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

Figura No 1 6to Paso

Implante el circuito con puertas NAND y complete la figura No 2.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES VCC= 5V SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

D C

S 1

B 1

1

2

2

2

1 2

330R 2,2K x 4

1 2

A

Circuito Lógico

D1

Figura No 2 7mo Paso

Conecte el circuito de la figura No 2, y verifique las conexiones realizadas.

8vo Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios. Tenga la precaución de no sobrepasar la máxima especificación de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.

9no Paso

Utilizando el dip switch aplique a las entradas del circuito D C B A , los códigos consignados en la tabla de verdad No 1, y verifique los estados de salida, éstos deben coincidir con los de dicha tabla.

10mo Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones.




CIRCUITOS LOGICOS COMBINACIONALES INTRODUCCIÓN En el apartado anterior estudiamos las diferentes compuertas lógicas y las relaciones que éstas tienen con el álgebra de Boole . Ahora es necesario empezar a estudiar las características de diseño y de funcionamiento de circuitos constituidos por combinaciones de las compuertas lógicas ya estudiadas, a estos circuitos se les conoce como circuitos lógicos combinatorios o combinacionales, puesto que el nivel lógico a la salida depende en todo momento de los niveles lógicos de entrada. Un circuito combinacional no posee características de memoria su salida sólo depende del valor que se presenta en sus entradas. En este apartado estudiaremos la forma como realizar circuitos lógicos que cumplan una función determinada a través de las siguientes fases: - Planteamiento del problema y/o elaboración de la tabla de verdad. - Obtención de la ecuación lógica. - Simplificación de la ecuación lógica. - Implantación del circuito lógicos. 1. OBTENCIÓN DE UNA ECUACIÓN LOGICA A PARTIR DE UNA TABLA DE VERDAD Una tabla de verdad representa las condiciones de entrada y salida de un circuito lógico, cuando trabajamos con lógica positiva, son consideradas solamente aquellas condiciones de entrada en las que la salida es un “1” lógico, en cuyo caso las funciones lógicas quedan expresadas en la forma de sumatoria de productos, la expresión lógica así obtenida representa el circuito lógico solución para dicha tabla de verdad, el cual puede además ser sometido a un proceso de simplificación. Por ejemplo dada la siguiente tabla de verdad, obtener la ecuación lógica: A 0 0 0 0 1 1 1 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 1 0 1 0 1 0 1

S 0 1 1 1 0 0 0 0

Puesto que en la tabla de verdad se registran tres entradas A, B, C, el número de posibles de estados de entrada se puede expresar en función de: 2n , donde n representa el número de entradas. (23 = 8) Para expresar la ecuación lógica tomaremos aquellas estados en los que S =1. Por tanto La ecuación lógica será: S = A ⋅ B ⋅ C + A ⋅ B ⋅ C + A ⋅ B ⋅ C La cual representa la sumatoria de los productos de los estados lógicos de las entradas para las cuales el valor de S = 1. Es decir: S=001+010+011

2. SIMPLICACIÓN DE FUNCIONES Y CIRCUITOS LÓGICOS Una vez que se ha obtenido la expresión lógica para un determinado circuito lógico, se procede a la reducción algebraica de la expresión a través de la utilización de los axiomas y teoremas del álgebra de Boole. La nueva expresión lógica simplificada se podrá utilizar para implantar un circuito equivalente al original pero con menos puertas y conexiones. Por ejemplo el circuito lógico de la expresión lógica anterior es el siguiente:

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT



A

B

C

CIA 1

2 CIA

7404 CIA 1

2

1 2 13

12 7411

7404 CIA CIA 1

2

1 2 13

C1A 12

1 2 13

12

S

7404 7411

7427

CIA 1 2 13

12

7411

Si simplificamos la expresión anterior utilizando los axiomas del álgebra de Boole tendremos:

S = A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C Utilizando el décimo axioma: A(B + C) = A . B + A . C, tendremos: S = A(B ⋅ C + B ⋅ C + B ⋅ C ) Utilizando el mismo teorema anterior: S = A(B ⋅ C + B(C + C )) Utilizando el octavo axioma A + A = 1 : S = A(B ⋅ C + B(1)) Utilizando el quinto axioma A ⋅1 = A : S = A(B ⋅ C + B ) Utilizando el noveno axioma A + B = B + A: S = A(B + B ⋅ C ) Utilizando el catorceavo axioma A + A ⋅ B = A + B : S = A(B + C ) Por último utilizando el décimo axioma A(B + C) = A . B + A . C , tendremos: S = A⋅ B + A⋅C Por lo que el circuito equivalente será:




A B C C1A C2A 1

2

1 3 2 C3A

7404 1

7408

3 2

S

C2B 4

7432 6

5 7408

3. SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES LÓGICAS UTILIZANDO EL MAPA DE KARNAUGH La simplificación de funciones lógicas utilizando el mapa de Karnaugh se realiza a través de los siguientes pasos: 1.- Dibujando el mapa en función al número de variables. a. Cuando se trata de dos variables (A, B) B

B

B

A

A

A

A

B

b. Cuando se trata de tres variables (A, B, C)

C C B

B

B

c. Cuando se trata de cuatro variables (A, B, C, D) C

C B

A B A B D

D



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2.- Cada cuadrado, de cada una de las figuras geométricas, está definido por la intersección de las variables convergentes. Por ejemplo, en el caso de 4 variables, el cuadrado sombreado está representado y definido por ABCD. C

C A

B

B

A B

D

D

D

3.- Colocar el dígito 1, para cada valor de salida 1 de la función lógica a simplificar, en los recuadros respectivos. 4.- Agrupar los dígitos 1 en la siguiente secuencia (siempre que sean términos adyacentes): • • • • •

Grupos de 16 Octetos Cuadros Pares, o Individualmente

5.- Unir los grupos, para eliminar aquellos que se superponen. 6.- Unir los resultados obtenidos mediante signos +. Ejemplo 1: Dada la siguiente tabla de verdad, obtener la ecuación lógica y simplificarla utilizando el mapa de Karnaugh: A B S 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 f = A⋅ B + A⋅ B + A⋅ B Una vez obtenida la ecuación lógica de la tabla de verdad procedemos a la simplificación: 1º Paso: Desarrollar la función en binario y colocar las variables en orden f = 00 + 10 + 11 = A B + A B + AB

2º Paso: Construir el Mapa de Karnaugh, con 2 variables.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES B

B

A A

3º Paso: Colocar dígitos 1 por cada sumando de la función lógica obtenida en los recuadros correspondientes. Como f = A B + A B + AB :

B

B

B

A

A A

A

1

1

A

A

1

B

AAB B =

AB =

AB =

B

B

Luego f = A B + A B + AB , graficada en el Mapa de Karnaugh.

A

B

B

1

1

A

1

4º Paso: Agrupar los dígitos 1. En este caso, se hace por pares.

A

B

B

1

1

A

1

5º Paso: Obtener el resultado de los grupos, así: El grupo horizontal está definido por A, en este grupo B queda eliminado por pertenecer B⋅ y⋅B a: El grupo vertical está definido por B, en este grupo A queda eliminado por pertenecer a: A⋅ y ⋅ A Luego el resultado será ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES f = A+ B Podemos comprobar el resultado anterior efectuando la minimización, mediante los teoremas del Álgebra de Boole. Luego: f = ∑ (0, 2, 3) f = 00 + 10 + 11 f = A B + AB + AB = A B + A ( B + B) f = AB+ A= A+B Ejemplo 2: Minimizar la siguiente función: f = ∑ ( 4, 6, 9, 11, 12,14) f = 0100 + 0110 + 1001 + 1011 + 1100 + 1110 f = A B C D + A B C D + AB C D + A B C D + A B C D + A B C D Como hay 4 variables, se tendrán en cuenta para ubicar los dígitos. Ejemplo: ABCD =

C

ABCD =

C

A

C

C

A

B

B

1 B

B 1

A

A B D

B D

D

D

D

D

Luego, la función graficada y agrupada por pares y/o cuadros en el Mapa de Karnaugh, es:

a sea :

C

C

B

A 1

C

C

B

A

1

1

1

B 1

B

1

1

A

1

A 1 D

1 D

1

B D

D

1 D

B D

La agrupación tomada da como resultado: Grupo de cuatro Grupo horizontal de dos

B D, porque A + A = 1 y C + C = 1 (Se eliminan) ABD porque C + C = 1 (Se elimina)



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Luego, la función minimizada es: f = A BD + B D 4. IMPLANTACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS: Cuando una ecuación lógica esta expresada en la forma de sumatoria de productos para su implantación se requieren una o mas compuertas AND y una sola compuerta OR. Una de las razones por las que se utiliza la forma de sumatoria de productos es que se puede implantar usando solo puertas NAND . lo que incrementa en casi nada o muy poco la complejidad del circuito en relación con las implantaciones AND / OR . Esta e s una característica importante puesto que las compuertas NAND son el tipo de compuerta más comercial de la familia TTL. A fin de implantar un circuito lógico utilizando puertas NAND, la expresión lógica del mismo debe necesariamente estar expresada en la forma sumatoria de productos, de esta manera la implantación con NAND consiste sólo en reemplazar cada compuerta del circuito original por una compuerta NAND . La única excepción se da cuando la expresión de la forma sumatoria de productos contiene términos con una sola variable como por ejemplo S = A + AB , en este caso la implantación requiere de una compuerta NAND que actué como inversor para el término que posee una sola variable. Por ejemplo sea la función lógica: S = AB + AC El circuito lógico correspondiente a la implantación con puertas lógicas AND OR y NOT y la implantación con puertas NAND se muestran en la figura siguiente: A

B

C

C1A C2A 1

2

1 3 2

C3A 1

7404

3

7408 C2B

2

S

4 6

7432

5 7408

A

B

C U?A 1

U?A 3

1

2

3 2

U?A 1

7400

3

7400 U?A

2

S

1 3

7400

2 7400



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. SIMBOLOGÍA IEEE 1 2

3

1 2

4 5

6

4 5

6

9 10

8

9 10

8

11

12 13

&

12 13 7408 1 2

1

1

11 7432

2 3

4 5

6

5 6

4

9 10

8

8 9

10

12 13

11

11 12

13

7400

2

3

4

5

6

9

8

11

10

13

12 7404

3

&

1

3

1

1

7402



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 6. CUESTIONARIO 1.- Dadas las siguientes ecuaciones lógicas, realizar el circuito lógico correspondiente, utilizando puertas lógicas AND. OR y NOT:

S = A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C + A⋅ B ⋅C S = AB(C + D )

S = ( A + B + C D E ) + BC D

S = MN (P + N )

2.- Dado el circuito de la figura siguiente, obtener la ecuación lógica correspondiente: 1 A 3

B

2

1

7408

3 2

C

4

D

5

6

S

7486

7408

3.- Simplificar las siguientes funciones utilizando el álgebra de Boole:

S = ABC

S = (P + Q )(P + Q ) S = PQ R + PQR + PQ R + PQR + PQR S = ABCD + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABCD

4.- Utilizando el mapa de Karnaugh diseñe un circuito lógico que convierta el código BCD al formato siete segmentos. Investigue respecto a las condiciones “NO IMPORTA “ utilizadas para la simplificación de funciones con mapa de Karnaugh. 5.- Implemente el circuito anterior utilizando puestas lógicas NAND. 6.- Realice la interpretación de la simbología IEEE para puertas lógicas y explique las ventajas en relación a la simbología tradicional.



SW DIP-6

No 01 02

PZA

D7

D6

D5

1

1

1

2

2

2

1

1 2

2

1 2

1

1 2

2

1 2

D8

1

1 2

2,2K x 6

1 2

74LS138

2

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

6 4 5

A B C

Vcc= 5v

330R x 8 2 1

1 2 3

12 11 10 9 8 7

2

1 2 3 4 5 6

D4

D3

D2

D1

ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Armar y probar circuitos decodificadores Protoboard. Armar y probar circuito decodificador BCD a Alicate de punta redonda. Fuente DC. 7 segmentos. Multímetro digital. Punta lógica

CANT


MONTAJE DE CIRCUITOS DECODIFICADORES


MATERIAL HT

OBSERVACIONES REF. HT - 03


HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN-ESPECIFICACIONES MEDIDA Pieza 01 CI. Decodificador de 2 a 4 Pieza 01 CI. Decodificador de 3 a 8 Pieza 01 CI. Decodifcador BCD a 7 segmentos Pieza 01 Display ánodo común Pieza 06 Resistores 2,2 K ¼ W Pieza 08 Resistores 330 Ω - ¼ W Pieza 01 Dip switch 8 bits Pieza 04 Diodos LED Metros 01 Cable telefónico.

CÓDIGO 74LS139 74LS138 74LS47 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos decodificadores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos decodificadores binarios, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los decodificadores se emplean siempre que es necesario activar una salida o conjunto de ellas cuando se presenta un determinado código en la entrada, estos niveles provienen con frecuencia de un contador binario o un registro. Los decodificadores se emplean con frecuencia en los sistemas de memoria de una computadora, respondiendo a las direcciones provenientes de la unidad de procesamiento central para activar la localidad de memoria señalada por la dirección, denominándose en este caso como decodificador de direcciones. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1.- ARMAR Y PROBAR CIRCUITO DECODIFICADOR DE 2 A 4: 1er Paso

Identificar el CI 74LS139 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas.

3er Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5 voltios y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación y cuide además de aplicar la polaridad correcta.

4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas A, B y al terminal de habilitación G (activo en nivel bajo) los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida. Tenga presente que el terminal de entrada B es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES SW DIP-3 1 2 3

2 3 1

6 5 4

A B G

Y0 Y1 Y2 Y3

Vcc= 5v

4 5 6 7

D4

1

1

1

2

2

2

1 2

330R x 4 2 1

1 2

2,2K X 3 2 1

74LS139

D3

D2

D1

Figura No 1 T. Habilitación T. de Entrada G B A X X 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 Tabla de verdad No 1 5to Paso

Y3

T. de Salida Y2 Y1

Y0


2.- ARMAR Y PROBAR CIRCUITO DECODIFICADOR DE 3 A 8:

1er Paso

Identificar el CI 74LS138 utilizando el manual ECG o el diagrama anterior, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso




CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES SW DIP-6

D7

D6

D5

1

1

1

2

2

2

1

1 2

2

1 2

1

1 2

2

1 2

D8

1

1 2

2,2K x 6

1 2

74LS138

2

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

6 4 5

A B C

Vcc= 5v

330R x 8 2 1

1 2 3

12 11 10 9 8 7

2

1 2 3 4 5 6

D4

D3

D2

D1

Figura No 2 3er Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas A, B, C y a los terminales de habilitación G21, G2A, G2B los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 2 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida. Tenga presente que el terminal de entrada C es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código.

T. Habilitación G1 G2A G2B X X 0 X 1 X 1 X X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Tabla de verdad No 2 ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

T. de Entrada C B A X X X X X X X X X 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

T. de salida Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

HO






CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito decodificador BCD a 7 segmentos. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito decodificador BCD a 7 segmentos, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Una gran parte de estos decodificadores utilizan una configuración de 7 segmentos para presentaciones numéricas. Estos dispositivos acompañados de los visualizadores de 7 segmentos son utilizados para la visualización decimal de datos procesados en código BCD, los cuales proviene normalmente de un contador o un registro. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS47 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de funcionamiento. NOTA: El visualizador utilizado debe ser del tipo ánodo común, utilizando un multímetro o el manual ECG identifique sus terminales.

2do Paso


3er Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas D, C, B, A, LT y RBI, los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique utilizando un multímetro los niveles lógicos que aparecen en los terminales de salida A,B,C,D,E,F,G Y RBO así como el número visualizado. Anote estos datos en dicha tabla.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Tenga presente que el terminal de entrada D es el MSB (Bit más significativo) del código BCD de entrada y el terminal de entrada A es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código. SW DIP-6 1 2 3 4 5 6

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

1 2 4 8 BI/RBO RBI LT

5v

A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

1 1 1 1 1 1 1

2 2 2 2 2 2 2 330R x 7

74LS47 330R

2,2K x 6

1

C

7 1 2 6 4 5 3

A

2

D

B

Vcc = 5v 12 11 10 9 8 7

D1

Figura No 1 ENTRADAS LT RBI D C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 X X X Tabla de verdad No 1 N

5to Paso

B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 X

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 X

BI/RBO

A

B

SALIDAS C D E

F

G





CIRCUITOS DECODIFICADORES INTRODUCCIÓN: Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la decodificación, operación que se realiza a través de un CI MSI capaz de convertir un tipo de código en otro. Los circuitos decodificadores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados en el tema anterior. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos decodificadores binarios y de aquellos circuitos decodificadores que convierte el código BCD al l formato 7 segmentos para la visualización decimal o hexadecimal de datos. 1. DECODIFICADORES BINARIOS:

Terminales de Salida

DECODIFICADOR

Terminales de Entrada

Un decodificador es un circuito lógico que posee un número de terminales de entrada por lo general menor al número de terminales de salida. En un circuito decodificador el código de entrada es convertido en la salida en otro tipo de código, además para cada código de entrada existe un código único de salida correspondiente. Los decodificadores presentan por lo general tres tipos de terminales: Terminales de entrada, denotados por lo general con la letra I, o con letras mayúsculas como A, B, C... Terminales de salida, denotados por lo general con la letra On o Yn, donde n representa el número de salida y, Terminales de habilitación o de control de CI, denotados por lo general con la letra G, o la sigla EN (Habilitación).

Terminales de Control o de Habilitación.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Los decodificadores binarios constituyen el tipo de decodificador más comúnmente usado, este decodificador posee n entradas y 2n salidas por lo que se le conoce como decodificador de n a 2n o como decodificador 1 de 2n . Por ejemplo un decodificador binario que posee cuatro terminales de entrada, tendrá 24 = 16 salidas y se le denominará, decodificador de 4 a 16. Al poseer cuatro entradas binarias, estas cuatro entradas soportarán solamente 24 = 16 códigos binarios diferentes, cada uno de los cuales activará una única salida, debido a ello a este decodificador también se le conocerá como decodificador 1 de 16. A continuación se muestra la tabla de verdad de un circuito decodificador binario de 2 a 4. T. Habilitación EN 0 1 1 1 1

T. de Entrada I1 I0 X X 0 0 1 0 0 1 1 1

T. de Salida O3 O2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

O1 0 0 1 0 0

O0 0 1 0 0 0

Las ecuaciones lógicas: O0 = I1 ⋅ I 0 O1 = I1 ⋅ I 0 O 2 = I1 ⋅ I 0 O3 = I 1 ⋅ I 0

Circuito lógico. C3A C1A

I0

1

2

1 2 13

12

O0

6

O1

8

O2

12

O3

7404 C1 C1B 3 4 5

C3B

I1

3

4

7411 C1C

7404

9 10 11 7411 C2A

EN

1 2 13 7411

El circuito decodificador anterior posee una entrada de habilitación activa en nivel alto, de modo que si el terminal EN se encuentra en nivel bajo todas las salidas estarán inactivas ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES es decir estarán en nivel bajo sin importar el código que esté presente en las entradas I0 e I1, por el contrario si EN asume un nivel lógico alto el decodificador responderá a los códigos de entrada, es decir; activará con un nivel alto la salida O0 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 0 0; activará con un nivel alto la salida O1 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 0 1; activará con un nivel alto la salida O2 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 1 0; y por último activará con un nivel alto la salida O3 cuando el código presente en las entradas I1 e I0 sea 1 1. 1.1 Decodificador Dual 74LS139: Es un decodificador binario dual de 2 a 4 (o decodificador 1 de 4), pertenece a la familia lógica TTL, Como la mayoría de los decodificadores comerciales el 74LS139 tiene sus terminales de salida activos en nivel bajo debido a que las compuertas inversoras son más rápidas que las no inversoras. Así mismo su terminal de habilitación es activo en nivel bajo, lo que significa que para que el 74LS139 trabaje normalmente es necesario llevar el terminal de habilitación a nivel bajo, de lo contrario el CI no estará habilitado y sus terminales de salida estarán inactivos es decir en este caso todos estarán en nivel alto. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS139. T. Habilitación G 1 0 0 0 0

T. de Entrada B A X X 0 0 1 0 0 1 1 1

T. de Salida Y2 Y1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1

Y3 1 1 1 1 0

Y0 1 0 1 1 1

Algunos fabricantes en las hojas de datos indican los niveles lógicos utilizando las letras H = 1 y L = 0. C1A 2 3 1

A B G

C1B Y0 Y1 Y2 Y3

4 5 6 7

74S139

14 13 15

A B G

Y0 Y1 Y2 Y3

12 11 10 9

74S139

Es importante hacer notar que el circulo marcado en los terminales de salida y habilitación del CI indican que dichos terminales son activos en nivel bajo. 1.2 Decodificador 74LS138: : Es un decodificador binario de 3 a 8 (o decodificador 1 de 8), pertenece a la familia lógica TTL, Como la mayoría de los decodificadores comerciales el 74LS138 tiene sus terminales de salida activos en nivel bajo. Así mismo posee tres terminales de habilitación de los cuales uno es activo en nivel alto y los otros dos son activos en nivel bajo, lo que significa que para que el 74LS138 trabaje normalmente es necesario llevar sus tres terminales de habilitación a los niveles indicados, de lo contrario el CI no estará habilitado y sus terminales de salida estarán inactivos es decir en este caso todos estarán en nivel alto. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS138.




T. Habilitación G1 G2A G2B X X 0 X 1 X 1 X X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1

T. de Entrada C B A X X X X X X X X X 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

T. de salida Y7 Y6 Y5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Y4 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1

Y3 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

Y2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

Y1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

Y0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

C1A

1 2 3

6 4 5

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

A B C

G1 G2A G2B

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138

1.3 Decodificadores Binarios en Cascada: Con la finalidad de decodificar palabras de código mayores, es posible utilizar decodificadores binarios múltiples conectados en cascada. Por ejemplo es posible constituir un decodificador de 4 a 16 utilizando dos CI 74LS138 como se muestra a continuación. C1 1 2 3

+V D C B A

6 4 5

A B C G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74S138

C2 1 2 3 C3A 1

+V 2

7404

6 4 5

A B C G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74S138

En la figura anterior se ha conectado los terminales G1 G2A Y G2B de modo que para los ocho primeros códigos de entrada esté habilitado solamente el CI superior y para los ocho siguientes códigos el CI inferior se encuentre habilitado. El terminal G2A constituye la cuarta entrada del nuevo decodificador, al mismo tiempo esta cuarta entrada constituye ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES el dígito más significativo del código de entrada, el cual es 0 para los primeros ocho códigos de entrada, lo que habilita al CI C1 y a través del negador deshabilita al CI C2. Durante los ocho últimos códigos de entrada, la entrada D vale 1, lo que permite la habilitación del CI C2 a través del negador y la inhabilitación del CI C1. Los terminales de entrada CBA trabajan normalmente según el CI habilitado y según el código presente en los mismos. 2. DECODIFICADORES DE 7 SEGMENTOS: Un decodificador de siete segmentos presenta cuatro entradas para código BCD y siete salidas, las cuales nos permiten desplegar datos decimales utilizando adicionalmente un exhibidor como un display en base a diodos led o uno de cristal líquido en el formato 7 segmentos. Los decodificadores de siete segmentos trabajan asociados con displays del tipo ánodo común cuando las salidas de los mismos son activas en nivel bajo como es el caso de CI 74LS47, así mismo trabajan asociados con displays del tipo cátodo común cuando las salidas de los decodificadores son activas en nivel alto como en el caso del CI 74LS48. Display Decodificador De Siete Segmentos

Decodificador de Siete Segmentos 74LS47: Es un CI decodificador de siete segmentos, acepta seis entradas, cuatro de éstas (DCBA) representan un número binario de cuatro bits entre 0 y 15. Los números binarios entre 0 y 9 generan un despliegue que es el número decimal correspondiente al número, las seis combinaciones de entrada restantes generan símbolos que se pueden utilizar para llevar varios tipos de información por ejemplo sobreflujo. Las salidas (abcdefg) son activas en nivel bajo como se indica en el símbolo lógico y están diseñadas para excitar ya sea leds o lámparas incandescentes, puesto que son salidas de colector abierto. Además este CI posee algunos terminales adicionales como: -LT = Lamp Test (Si LT = 0, provoca que todos los segmentos se enciendan a modo de prueba) -RBI = Ripple Blanking Input (Si RBI = 0, provoca que todos los segmentos se apaguen, puede ser utilizada para modular la brillantes del despliegue) -BI/RBO = Blanking Input / Ripple Blanking Output (Terminal de salida indicador del estado provocado por el terminal RBI al ser puesto éste en nivel bajo). A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS47



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 BI RBI LT

ENTRADAS LT RBI D C B 0 0 0 1 1 0 0 0 X 1 0 0 1 X 1 0 0 1 X 1 0 1 0 X 1 0 1 0 X 1 0 1 1 X 1 0 1 1 X 1 1 0 0 X 1 1 0 0 X 1 1 0 1 X 1 1 0 1 X 1 1 1 0 X 1 1 1 0 X 1 1 1 1 X 1 1 1 1 X 1 X X X X X 1 0 0 0 0 0 X X X X

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X 0 X

BI/RBO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

a 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0

SALIDAS c d e 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0

b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0

f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0

g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0

C1 7 1 2 6 4 5 3

A B C D BI/RBO RBI LT

13 12 11 10 9 15 14

a b c d e f g

7447

A continuación se muestran los caracteres visualizados para cada código de entrada:

0

10

1

11

2

12

3 ...................

13

14

9

15



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS DECODIFICADORES: Los circuitos decodificadores se emplean siempre que es necesario activar una salida o grupo de éstas cuando se presenta una combinación específica de niveles de entrada. Estos niveles son proporcionados con frecuencia por un contador o un registro. Cuando las entradas del decodificador provienen de un contador al que llegan pulsos de manera continua, las salidas del decodificador binario se activan en forma secuencial y pueden ser empleadas para temporización o para la activación secuencial de dispositivos. Los decodificadores también son ampliamente empleados en sistemas de memoria, respondiendo a la dirección proveniente de la unidad de procesamiento central para activar o habilitar la dirección de memoria enviada, conociéndosele en este caso como decodificador de direcciones. Otra área de aplicación para los decodificadores es la conversión de datos binarios a una forma de presentación más adecuada en dispositivos de visualización ya sea en decimal o en hexadecimal. 4. SIMBOLOGIA IEEE: A continuación se muestra el símbolo lógico de los circuitos decodificadores estudiados en esta parte del manual utilizando la simbología IEEE: 1 2 3 6 4 5

BIN/OCT 1 2 4 & EN

0 1 2 3 4 5 6 7

15 14 13 12 11 10 9 7

BIN/7-SEG [T1]

4

1

74ALS138 5

G21

&

3 2 3 1

X/Y 1 2 EN

14 13 15

4 5 6 7 12 11 10 9

74ALS139

CT=0 V20

7 1 2 6

1 2 4 8

a20,21 b20,21 c20,21 d20,21 e20,21 f20,21 g20,21

13 12 11 10 9 15 14

7447



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. CUESTIONARIO: 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un decodificador de 3 a 8, cuyas salidas sean activas en nivel alto y que posea además un terminal de habilitación EN activo en nivel bajo. 2.- Utilizando CI 74LS139, 74LS138 grafique el circuito de un decodificador 1 de 64. 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta a los CI empleados en esta parte del manual. 4.- Investigue respecto a la implementación de un circuito para manejar un display LCD.



Vcc = 5v SW DIP-2 1 2

4 3

1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-8

1

EO

1 2

1

1

2

15

330R x 4

EI

14

1

GS

9 7 6

74LS148 D4

D3

D2

D1

2

2

2

2

2

2

2

2

A0 A1 A2

2

5

0 1 2 3 4 5 6 7

2

10 11 12 13 1 2 3 4 1

1

I1

1

1

I3

1

1

I5

1

1 2

2,2K x10 2 1

I7

I6

I4

I2

I0

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos codificadores.

CANT

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Protoboard. Alicate de punta redonda. Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica


MONTAJE DE CIRCUITOS CODIFICADORES



HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Codificador de 8 a 3 Pieza 10 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 04 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 01 Dip switch de 2 bits Pieza 04 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS148 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos codificadores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos codificadores binarios, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los codificadores son normalmente utilizados en circuitos de entrada para teclados, así mismo, se usan siempre que se requiere la conversión de un tipo de código en otro. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS148 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso


3er Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas I7....I0 y a los terminales de habilitación EI (Enable Input) y EO (Enable Output) los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos observados en los terminales de salida A2, A1, A0 y GS. NOTA :Tenga presente que el terminal de entrada I7 es el MSB (Bit más significativo) del código binario de entrada y el terminal de entrada I1 es el LSB (Bit menos significativo) del mismo código. Así mismo observe que los terminales de salida GS, A2, A1 y A0 son activos en nivel bajo, al igual que los terminales de entrada I7....I0.


REF HT - 04 HO 1 / 2 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Vcc = 5v SW DIP-2 1 2

4 3

1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-8

1

1 2

1

1

2

15

330R x 4

EO

14

1

GS

9 7 6

74LS148 D4

D3

D2

D1

2

2

2

2

2

2

2

2

EI

A0 A1 A2

2

5

0 1 2 3 4 5 6 7

2

10 11 12 13 1 2 3 4 1

1

I1

1

1

I3

1

1

I5

1

1 2

2,2K x10 2 1

I7

I6

I4

I2

I0

Figura No 1 T.Habilitación EI EO I0 I1 X X 1 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 0 X 0 1 0 0 1 1 0 Tabla de verdad No 1

I2 X X X X X X 0 1 1 1

T. Entrada I3 I4 X X X X X X X X 0 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

I5 X X X 0 1 1 1 1 1 1

I6 X X 0 1 1 1 1 1 1 1

I7 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1

A2

T. Salida A1 A0 GS

5TO Paso

Verifique que el CI 74LS148 es un codificador de prioridad activando más de dos entradas a la vez, debiendo activarse a la salida el código correspondiente a la mayor de las entradas activadas.

660 Paso





CIRCUITOS CODIFICADORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la codificación, operación contraria a la decodificación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de convertir un tipo de código en otro. Los circuitos codificadores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos codificadores. 1. CODIFICADORES

I0 I1 . . . . . . . . . I9

CODIFICADOR

Los codificadores son sistemas combinacionales que transforman un conjunto de señales sin codificar en un conjunto que responda a un determinado código. Un circuito codificador por lo general tiene mayor número de terminales de entradas que de salida. Por ejemplo si se dispone de 10 señales que representan los números del sistema decimal, un codificador puede encargarse de convertir a código BCD cada una de las 10 señales que en este caso constituirían entradas. Por lo general un codificador tiene 2n entradas ( o talvez menos) y n salidas, los terminales de salida generan un código de salida para cada una de las 2n entradas.

D C B A

Tabla de verdad de un codificador de decimal a BCD. ENTRADAS Número I0 I1 I2 I3

3

D(2 ) 0 0 0 0

SALIDAS C(22) B(21) 0 0 0 0 1 0 1 0

A(20) 0 1 0 1



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES I4 I5 I6 I7 I8 I9

0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

1 1 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1

Las ecuaciones lógicas obtenidas de la tabla de verdad anterior son: D = I8 + I9 C = I4 + I5 + I6 + I7 B = I2 + I3 + I6 + I7 A = I1 + I3 + I5 + I7 + I9 Para la implementación del circuito se han utilizado puertas NOR con las salidas negadas equivalente a 3 puertas OR de 5 entradas cada una así como una puerta OR de dos entradas.

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9

1 2 3 12 13

1

2

A

4

B

6

C

7404 P1B 6

P1B 3

74S260

7404

P2A

P1C 5

4 8 9 10 11

P1A 5

1 P1A 2 3 12 13 74S260

74S260

5

7404

P1A 1 3 2

D

7432

Codificadores de Prioridad: Un codificador tiene varias líneas de entrada, sólo una de las cuales se activa en un momento dado y produce un código de salida de N bits que corresponde a la entrada activada. Un codificador de prioridad incluye la lógica necesaria para asegurar que cuando dos o más entradas sean activadas al mismo tiempo, el código de salida corresponda a la mayor de las entradas. Por ejemplo si en un codificador de prioridad se activan simultáneamente las entradas 7 y 8, el código de salida será el correspondiente al número 8 (1000) Codificador de prioridad 74LS148: El CI 74LS148 es un codificador de prioridad MSI de ocho entradas activas en nivel bajo y tres salidas igualmente activas en nivel bajo. Además de sus entradas y salidas este ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES CI posee un terminal de habilitación EI (Habilitación de Entrada), el cual debe estar activado para que cualquiera de sus salidas esté activada, GS (Habilitación de grupo) terminal de salida que se activa cuando el dispositivo está habilitado y una o más de sus entradas de petición está activada, la señal de salida EO (Habilitación de salida), diseñada para ser conectada a la entrada EI de otro 74LS148, EO se activa si EI está activada, pero no lo está ninguna petición de entrada, por lo tanto puede habilitarse el CI de más baja prioridad. En la figura siguiente se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74LS148 T.Habilitación EI EO 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 10 11 12 13 1 2 3 4

5

0 1 2 3 4 5 6 7

EI

I0 X X X X X X X X 0 1

A0 A1 A2

GS

EO

I1 X X X X X X X 0 1 1

I2 X X X X X X 0 1 1 1

T. Entrada I3 I4 X X X X X X X X 0 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

I5 X X X 0 1 1 1 1 1 1

I6 X X 0 1 1 1 1 1 1 1

I7 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1

A2 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1

T. Salida A1 A0 GS 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1

9 7 6

14

15

74LS148

2. AMPLIACIÓN DE CIRCUITOS CODIFICADORES El circuito siguiente muestra la forma como debe conectarse dos CI 74LS148 para conformar un codificador de 16 a 4. La lógica adicional se encarga de proporcionar cuatro salidas binarias activas en nivel alto, el terminal GS de C2 se utiliza como la salida mas significativa del código binario de salida. Los codificadores son normalmente utilizados en circuitos de entrada para teclados, así mismo, se usan siempre que se requiere la conversión de un tipo de código en otro.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES C4A 1

2

A3

C1

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

10 11 12 13 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7

A0 A1 A2 GS

9 7 6

1

14

2

74LS04 C3A

3

A2

6

A1

8

A0

11

GS

74LS00 C3B

EI

EO

15

4 5

74LS148

74LS00

C2

I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15

10 11 12 13 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7

A0 A1 A2 GS

9 7 6

C3C 9 10

14 74LS00 C3D

EI

EO

15

12 13

74LS148

74LS00

3. SIMBOLOGÍA IEEE

HPRI/BIN 10 11 12 13 1 2 3 4

0/Z10 1/Z11 2/Z12 3/Z13 4/Z14 5/Z15 6/Z16 7/Z17 V18

5

ENa

1011121314151617-

1

18 a

1a 2a 4a

15 14

9 7 6

74LS148



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un codificador de 16 a 4 cuyas entradas y salidas sean activas en nivel alto, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando 4 CI’s 74LS148 grafique el circuito de un codificador de 32 a 5. 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS148. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI codificador de prioridad 74LS147.



Vcc = 5v SW DIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-4

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos multiplexores.

CANT

2,2K x 12

W

5

A B C G

2

1

Y

6

D1

330R x 2

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

2

11 10 9 7

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

2

1

4 3 2 1 15 14 13 12

8 7 6 5

1

1 2 3 4

D2

74LS151



MONTAJE DE CIRCUITO MULTIPLEXOR



HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Multiplexor Pieza 12 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 02 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 02 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS151 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos multiplexores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos multiplexores, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los multiplexores se emplean por lo general cuando es necesario transmitir datos desde varias fuentes a un destino determinado. Los multiplexores son utilizados también para la conversión de datos del formato paralelo al serial, cuando se desea transmitir información a distancias considerables. Así mismo es posible también generar determinadas funciones lógicas utilizando circuito multiplexores en lugar de utilizar puertas lógicas. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS151, utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos utilizados en el circuito y comprobe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y verifique las conexiones efectuadas.

3er Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de entradas D7....D0, al terminal de habilitación G, y a los terminales de selección C, B, A los niveles lógicos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote las información presente en los terminales de salida. NOTA : Este circuito multiplexor presenta dos salidas Y y W, siendo W el complemento de la salida Y. Así mismo observe que el terminal de habilitación G es activo en nivel bajo, y que el terminal de selección C es el



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES MSB del código de selección y el terminal de selección A es el LSB del mismo código. Vcc = 5v SW DIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9 SW DIP-4

2,2K x 12

5

A B C G

D1

330R x 2

Y

6

1

W

2

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

2

11 10 9 7

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

2

1

4 3 2 1 15 14 13 12

8 7 6 5

1

1 2 3 4

D2

74LS151

Figura No 1 T.Habilitación T.Selección T. Entrada de Datos T. Sal. G C B A D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y X X X X X X X X X X X 1 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 0 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 0 o Tabla de verdad N 1 NOTA: En la tabla de verdad No 1 la nomenclatura I0, I1, ......, I7, corresponde a la información presente en los terminales de entrada de datos la cual, puede ser un “1” o un “0” lógico. Anote en la columna Y cual de todas las señales de entrada aparece en la salida. Para cada código de selección. 5to Paso

Compare los resultados obtenidos con lo estudiado en la teoría y obtenga sus conclusiones. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT - 05 HO

2/2

HOJAS


CIRCUITOS MULTIPLEXORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la multiplexación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de seleccionar digitalmente de un conjunto de señales de entrada una que aparezca en la salida en un momento dado. Los circuitos multiplexores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos multiplexores. 1. MULTIPLEXORES Los multiplexores son sistemas combinacionales que aceptan varias entradas de datos y permite la salida de sólo una de ellas, llamándoseles por ello también selectores de datos. Los multiplexores poseen por lo general cuatro tipos de terminales; terminales de entrada, terminales de salida, terminales de selección y terminales de habilitación. Los terminales de selección controlan la dirección deseada de los datos presentes en lo terminales de entrada, llamándoseles también terminales de dirección. La figura siguiente muestra el diagrama funcional de un multiplexor general (MUX). Las flechas grandes señalan las entradas y salidas que pueden estar conformadas por una o más líneas de señal o bits. I0 I1 T. Salida Z

In-1

EN T. Selección Los circuitos multiplexores actúan como interruptores de posiciones múltiples controlado digitalmente, donde el código digital aplicado en los terminales de selección, controla que entrada de datos será trasladada hacia la salida. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

REF HT - 05 HCT 1 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Un multiplexor selecciona una de n fuentes de datos de entrada y transmite los datos seleccionados a un solo canal de salida, lo que se denomina multiplexación. Multiplexor básico de dos entradas: La figura siguiente muestra el circuito lógica de un multiplexor de dos entradas, I0 e I1 y un terminal de selección S. El nivel lógico que se aplica a la entrada S determina qué compuerta AND se habilita de forma que su entrada de datos atraviese la compuerta OR hacia la salida Z. 3

1

I1

2

3

1 74LS08

2

I0 2

1

6

4

Z

74LS32

5 74LS08

74LS04

S

Observando esto desde otro punto de vista, la expresión booleana de la salida será: Z = I0 S + I1S Con S = 0, esta expresión se convierte en: Z = I0 . 1 + I1 . 0 = I0 Lo cual indica que Z será idéntica a la señal de entrada I0, lo que puede ser un nivel lógico fijo o bien, una señal lógica que varía con el tiempo. Con S = 1, la expresión se convierte en : Z = I0 . 0 + I1 . 1 = I1 Lo cual muestra que la salida Z será idéntica a la señal de entrada I1. Multiplexor de cuatro entradas: La figura siguiente muestra un MUX de cuatro entradas una salida, las cuatro entradas de este multiplexor se transmiten en forma selectiva a la salida en función a los niveles lógicos aplicados en los terminales de selección S1 S0. Cada terminal de entrada de datos es accesible con una combinación diferente de niveles de entrada de selección, según se muestra en la tabla adjunta. SI 0 0 1 1

S0 0 1 0 1

Z I0 I1 I2 I3

Las familias lógicas TTL y CMOS disponen regularmente de multiplexores de dos, cuatro, ocho y dieciséis entradas. La combinación de estos CI básicos multiplexa gran número de terminales de entradas. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES C1A 1 2 13

I0

12

74LS11 C1B 3 4 5

I1

6 2 3

74LS11

1

4 5

C1C 9 10 11

I2

Z

8

74LS11 C2A 1 2 13

I3

12

74LS11

2 74LS04

74LS04

2

1

1

S1

S0

Multiplexor de ocho entradas: El CI 74LS151 es un multiplexor de 8 a 1, es decir posee 8 terminales de entrada y uno de salida (normal e invertida), además tiene una entrada de habilitación, G. Cuando G = 0, las entradas de selección C, B, A seleccionarán una entrada de datos (desde D0 hasta D7) para pasar hacia la salida Z. Cuando G = 1, el multiplexor es deshabilitado de manera que Z = 0 independientemente del código de entrada de selección. A continuación se muestra la tabla de verdad y el símbolo lógico del CI 74 LS 151. T.Habilitación G 1 0 0 0 0 0 0 0 0

T.Selección T. Entrada de Datos T. Sal. C B A D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y 0 X X X X X X X X X X X I0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 I1 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 0 I2 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 I3 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 I4 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 I5 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 0 1 I6 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 I7 1 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

A B C G

74LS151

2. AMPLIACIÓN DE CIRCUITOS MULTIPLEXORES Mediante la utilización de varios CI’s 74LS151, es posible conseguir multiplexar un mayor número de entradas. Por ejemplo el circuito siguiente tiene un total de 16 entradas de datos , ocho aplicadas a cada multiplexor. Las dos salidas del multiplexor se combinan en una compuerta OR para producir una sola salida Z. El circuito funciona como un multiplexor de 16 entradas. Las cuatro entradas de selección D, C, B, A seleccionarán una de las 16 entradas para dirigirse hacia Z. La entrada D determina que multiplexor se habilita. Cuando D = 0, se habilita el de la parte superior, y las entradas C, B, A determinan cuáles de sus entradas de datos figurarán en su salida y atravesarán la compuerta OR para llegar a Z. Cuando D = 1, el multiplexor de la parte inferior es habilitado y las entradas C, B, A seleccionan una de sus entradas de datos para pasar hacia la salida Z. 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

1

A B C G

3 2

Z

74LS32

74LS151

4 3 2 1 15 14 13 12

D C B A

11 10 9 7

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

W Y

6 5

A B C G 74LS151

1

2

74LS04




3. APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS MULTIPLEXORES Los circuitos multiplexores encuentran numerosas y variadas aplicaciones en sistemas digitales, entre las más importantes podemos destacar : Selección y dirección de datos, es decir los multiplexores pueden dirigir los datos desde una de varias fuentes hasta un destino, una aplicación común consiste en utilizar un multiplexor para visualizar los datos provenientes de dos contadores pero a través de un solo visualizador. Conversión paralelo serial, cuando es necesario transmitir datos a distancias considerables Generación de funciones lógicas, mediante la utilización de circuitos multiplexores MSI en lugar de utilizar puertas lógicas. 4. SIMBOLOGÍA IEEE: 7 11 10 9 4 3 2 1 15 14 13 12

MUX EN 0} G 2 0 1 2 3 4 5 6 7

0 7 5 6

74LS151 15 1 2 3

EN G1

1 1

MUX

4

5 6

7

11 10

9

14 13

12

74LS157



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un multiplexor de 8 a 1, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando 4 CI’s 74LS151 grafique el circuito de un multiplexor de 32 a 1. 3.- Utilizando un multiplexor 74 LS151, realice las conexiones necesarias para realizar la siguiente función lógica: S = A.B.C + A’. B. C’ 4.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS151. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI multiplexor 74LS 157.



Vcc = 5v SW DIP-3

1

1

1

G1 G2A G2B

1

6 4 5

15 14 13 12 11 10 9 7

1

5v

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

A B C

1

2,2K x 3

6 5 4

1

1 2 3

1 2

1 2

2

1

1 2 3

74LS138 2

2

2

2

2

2

2

2

330R x 8 ENTRADA DE INF. (I)

D8

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos demultiplexores.

CANT

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1



MONTAJE DE CIRCUITO DEMULTIPLEXOR



HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Demultiplexor Pieza 03 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 08 Resistores de 330R ¼ W Pieza 01 Dip switch de 4 bits Pieza 08 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS138 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuitos demultiplexores. Consiste en conectar circuitos sencillos con la finalidad de comprobar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos demultiplexores, utilizando para ello las tablas de verdad que resumen su funcionamiento y comprendiendo previamente la función de cada uno de sus terminales. Los demultiplexores se emplean por lo general cuando es necesario transmitir datos desde una fuente determinada a varios destinos posibles. Los demultiplexores son utilizados también para la conversión de datos del formato serial al paralelo, cuando se desea procesar la información recibida en formato serial. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS138, utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación, identifique también los demás dispositivos utilizados en el circuito y compruebe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y verifique las conexiones efectuadas.

3er Paso


4to Paso

Aplique un tren de pulsos de 5 Vpp y de baja frecuencia conectando un generador de señal entre el terminal de entrada de información (I) y tierra.

5to Paso

Utilizando los dip switch, aplique a los terminales de selección C, B, A los códigos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote a través de que salida aparece la información aplicada en el terminal de entrada. NOTA : Este circuito Decodificador/Demultiplexor utiliza como entrada de señal uno de sus terminales de habilitación activo en nivel bajo (G2A). Así



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES mismo observe que el terminal C de selección es el MSB del código de selección y el terminal A es el LSB del mismo código. Vcc = 5v SW DIP-3

1

1

1

G1 G2A G2B

1

6 4 5

15 14 13 12 11 10 9 7

1

5v

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

1

A B C

1

2,2K x 3

6 5 4

1

1 2 3

1 2

1 2

2

1

1 2 3

74LS138 2

2

2

2

2

2

2

2

330R x 8 ENTRADA DE INF. (I)

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

Figura No 1 T.Habil.

T.Selección C B A 0 0 0 0 1 I 1 0 0 0 1 I 0 1 0 0 1 I 1 1 0 0 1 I 0 0 1 0 1 I 1 0 1 0 1 I 0 1 1 0 1 I 1 1 1 0 1 I o Tabla de verdad N 1 G1 G2A

G2B(I)

Y0

Y1

T. Salida de Datos Y2 Y3 Y4 Y5 Y6

Y7

NOTA: En la tabla de verdad No 1 la nomenclatura I, corresponde a la información presente en el terminal de entrada de datos, el cual es un tren de pulsos de baja frecuencia. Anote en la columna Y, el terminal de salida a través del cual aparece la información de entrada. 5to Paso





CIRCUITOS DEMULTIPLEXORES INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales trabajan con datos e informaciones codificadas en binario que son continuamente utilizados de alguna manera. Una operación de las más utilizadas para el procesamiento de datos binarios es la demultiplexación, operación contraria a la multiplexación, la cual se realiza a través de CI’s MSI capaces de seleccionar digitalmente de un conjunto de salidas, una a través de la cual aparezca la información de entrada en un momento dado. Los circuitos demultiplexores se diseñan en base a compuertas lógicas mediante los procedimientos utilizados en el diseño de circuitos lógicos combinacionales, estudiados anteriormente. En esta parte estudiaremos la estructura básica, el principio de funcionamiento, las características de interconexión con otros circuitos y las aplicaciones más importantes de los circuitos demultiplexores. 1. DEMULTIPLEXORES Un multiplexor toma varias entradas y transmite una de ellas a la salida. Un demultiplexor efectúa la operación contraria, toma una sola entrada y la distribuye en varias salidas. La figura 8 muestra el diagrama general de un demultiplexor (DEMUX). Las flechas grandes corresponden a las entradas y salidas y pueden representar una o más líneas o bits. El código de entrada en los terminales de selección determina hacia qué salida se transmitirán los datos presentes en los terminales de entrada. En otras palabras, el demultiplexor toma una fuente de datos de entrada y la distribuye selectivamente a uno de n canales de salida, igual que un interruptor de múltiples posiciones. O0

Entrada de DATOS

O1 O2

On-1

T. de Selección

Demultiplexor de 1 a 8: Como se muestra en la figura siguiente, la única línea de entrada de datos se conecta a las ocho compuertas AND, pero sólo una de estas ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES compuertas será habilitada por los niveles lógicos presentes en los terminales de selección. Por ejemplo, con C, B, A = 000, solamente la compuerta AND 0 será habilitada y la entrada de datos I aparecerá en la salida O0. Otros códigos de SELECCIÓN ocasionan que la entrada I llegue a las otras salidas. La tabla de verdad resume la operación. 2 1 3

O0

5

O1

3

O2

5

O3

3

O4

5

O5

3

O6

5

O7

13 12 10 9 7 6 2 1 1

C

13 12

2

10 9

74LS04

7 6 3

B

2 1

4

13 12

74LS04

10 9

5

A

6 7 6

74LS04

2 1 13 12 10 9 7 6

I I= Dato de Entrada

T. de Selección C B A 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

Salidas O7 0 0 0 0 0 0 0 I

O6 0 0 0 0 0 0 I 0

O5 0 0 0 0 0 I 0 0

O4 0 0 0 0 I 0 0 0

O3 0 0 0 I 0 0 0 0

O2 0 0 I 0 0 0 0 0

O1 0 I 0 0 0 0 0 0


O0 I 0 0 0 0 0 0 0


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Circuito Demultiplexor 74LS138: El circuito demultiplexor de la figura siguiente es muy similar al circuito decodificador de 3 a 8 líneas, excepto que se ha agregado una cuarta entrada (I) a cada compuerta. Muchos decodificadores en CI tienen una entrada de habilitación que es una entrada extra que se añade a las compuertas del decodificador. Este tipo de CI decodificador puede usarse por tanto como demultiplexor, con las entradas de código binario, las cuales sirven como terminales de selección; y la entrada de habilitación que sirve como la entrada de datos I. Por esta razón, este tipo de dispositivo también es denominado decodificador/demultiplexor, y se puede usar para desempeñar una u otra función. La entrada de habilitación G2B se usa como la entrada de datos I, en tanto que las otras dos entradas de habilitación se mantienen en sus niveles activos. Las entradas C, B, A sirven como código de selección. Para ilustrar la operación supongamos que las entradas de selección son 000. Con este código de entrada, la única salida que puede activarse es O0, tanto que todas las otras salidas son ALTAS. O0 pasará a BAJA sólo si E1 cambia a BAJA y será ALTA si E1 cambia a ALTA. Dicho de otra manera, O0 seguirá la señal en E1 (es decir, la entrada de datos, I) mientras todas las otras salidas permanecerán ALTAS. 1 2 3

A B C

5v 6 4 5

G1 G2A G2B

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138

ENTRADA DE INF. (I)

2. APLICACIONES DE LOS DEMULTIPLEXORES Muchas aplicaciones del principio de la demultiplexación son posibles: Por ejemplo los demultiplexores de reloj son utilizados para enviar la señal de reloj a diversos puntos en un sistema digital. Los demultiplexores se emplean también cuando es necesario transmitir datos desde una fuente determinada a varios destinos posibles. Así mismo los demultiplexores son utilizados para la conversión de datos del formato serial al paralelo, cuando se desea procesar la información recibida en formato serial. 3. SIMBOLOGÍA IEEE 1 2 3 6 4 5

BIN/OCT 1 2 4 & EN

0 1 2 3 4 5 6 7

15 14 13 12 11 10 9 7

74LS138



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. CUESTIONARIO 1.- Utilizando puertas lógicas confeccione la tabla de verdad y grafique el circuito de un demultiplexor codificador de 16 a 4 cuyas entradas y salidas sean activas en nivel alto, así mismo escriba las ecuaciones que describen su funcionamiento. 2.- Utilizando CI’s 74LS138 grafique el circuito de un demultiplexor de 1 a 16 3.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto respecta al CI 74LS138 y 74 LS151. 4.- Investigue respecto a las características de funcionamiento del CI demultiplexor 74LS157.



SW DIP-4 1 2 3 4

Vcc = 5v 8 7 6 5

SW DIP-4

No 01 02 03 04 05

PZA

1

1

1

1

1

1

1

ABo

7 6 5

D1

D2

330R x 3

1 2

2

2

1

A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 ABi

D3

2

2

2

2

2

2

74LS85 2

2,2K x 8 2 1

5v

10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4

8 7 6 5

1

1 2 3 4

ORDEN DE EJECUCIÓN Armar y probar circuitos sumador completo. Armar y probar circuito de complemento a dos. Armar y probar circuito sumador/restador. Armar y probar circuito comparador. Comprobar funcionamiento de circuito de ALU.

CANT



MATERIAL

MONTAJE DE CIRCUITOS DE APLICACIONES HT MATEMÁTICAS




HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 01 CI. Puertas XOR Pieza 02 CI. Puertas AND Pieza 01 CI. Puertas OR Pieza 01 CI. Puertas OR tres entradas Pieza 01 CI. Puertas NOT Pieza 01 CI. Sumador Pieza 01 CI. Comparador Pieza 01 CI. ALU Pieza 14 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 13 Resistores de 330R ¼ W Pieza 03 Dip switch de 4 bits Pieza 01 Dip switch de 8 bits Pieza 13 LED Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS86 74LS08 74LS32 74LS27 74LS04 74LS83 74LS85 74LS181 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito sumador completo. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar la suma binaria de tres bits (A, B y Cent), con el fin de comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito sumador completo, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito integrados sumadores binarios que pueden sumar datos de diferentes longitudes de palabra. Los circuitos sumadores de un bit constituyen el fundamento de los circuitos sumadores binarios los cuales son elementos importantes utilizados frecuentemente en equipos capaces de realizar cálculos aritméticos (suma, resta, multiplicación y división), como las calculadoras electrónicas y los ordenadores. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar los dispositivos utilizados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso

Conectar el circuito de la figura No 1 y verificar las conexiones efectuadas. Vcc = 5v SW DIP-3 1 2 3

6 5 4

A B

4 1

6 3

Cent

S

5

2 74LS86

1

3 2 74LS08 6 5 74LS08

1 2 13

Csal

12

74LS27 2

9 8

330R x 2

D3

2

D2

1

4 D1

1

2

1 330R x 3

1 2

1 2

1 2

1 2

2,2K x 3 2 1

74LS86

10 D4

74LS08

D5

Figura No 1 3do Paso

Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta.




Utilizando los dip switch aplique a los terminales de entrada A, B, Cent, los niveles lógicos consignados en la tabla No 1 y verifique y anote los niveles lógicos que aparecen en los terminales de entrada S y Csal. NOTA: Los niveles lógicos obtenidos en la salida deben corresponder a la suma binaria de los bits de entrada. T.Entrada T.Salida A B Cent S Csal 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1

5to Paso




CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito de complemento a dos. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar una resta binaria, lo que equivale a una suma en complemento a dos, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito que trabaja con datos complementados a dos, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito aritméticos digitales más complejos. Los circuitos aritméticos que trabajan con datos complementados a dos son ampliamente utilizados en calculadoras electrónicas, ordenadores y sistemas electrónicos que utilizan este sistema a fin de realizar además de adiciones, sustracciones entre datos binarios, esto facilita la realización de operaciones aritméticas como la multiplicación y la división. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identifique los CI utilizados en el circuito empleando el manual ECG. Identifique también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobe su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas. Vcc = 5v SW DIP-3 1 2 3

6 5 4

1 3

A

2

B

74LS86 1 3 1

2

1

Bsal

2

3 2 74LS08 74LS32 4

1

5

Bent

74LS86

4

2,2K x 3

5

2

3

2

6

1

1

1

4

D1

74LS08

330R x 2

D

6

1

74LS04

D2

2

2

2

74LS04

Figura N0 1 3do Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a las entradas A, B y Bent (Préstamo de entrada) los niveles consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES anote los niveles lógicos que aparecen en las salidas D (A – B) y Bsal (Préstamo de salida). Entradas A B Bent 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Tabla de verdad No 1 5to Paso

Salidas D Bsal




CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito sumador/restador. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar operaciones de suma y resta equivalente a una suma en complemento a dos, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito sumador paralelo que trabaja con datos complementados a dos, esto nos permitirá comprender el funcionamiento de circuito aritméticos digitales más complejos. Los circuitos aritméticos son ampliamente utilizados en calculadoras electrónicas, ordenadores y sistemas electrónicos, las cuales utilizan el sistema de complemento a dos a fin de realizar sustracciones y representar números negativos, esto facilita la realización de operaciones aritméticas más complejas. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS83 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación. Identificar también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso


3do Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a la entrada de dato A(A4 A3 A2 A1), a la entrada de dato B(B4 B3 B2 B1) y a la entrada C0(Acarreo de entrada) los datos consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote el dato que aparece en las salida C4(Acarreo de salida) y en la salida S(S4 S3 S2 S1). NOTA: El dato de salida debe coincidir con la suma binaria de los datos A y B si ADD tiene nivel alto y SUB tiene nivel bajo; o debe coincidir con la


REF HT – 07 1 / 3 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES diferencia menos B si el terminal ADD tiene nivel bajo y el terminal SUB tiene nivel alto. Vcc = 5v SW DIP-4 1 2 3 4

8 7 6 5

1 3 2

B1

1 1

1

2

74LS08

B1

3

3

B1

6

B2

8

B3

11

B4

2

2 74LS32 4

74LS08 6

74LS04 5

B2

4 4

3

4

74LS08

B2

6

5

5 74LS32 9

74LS08 8

74LS04 10

B3

9 9

5

6

74LS08

B3

8

10

10 74LS32 12

74LS08 11

74LS04 13

12

2,2K x 4

1

9

2

1 2

1

12

2

2

1

B4 8

74LS08

B4

11

13

13 74LS32 74LS08

74LS04

ADD

SUB(C0)

Vcc = 5v SW DIP-4

C0

C4

1

1

2

2

330R x 5

1

B1 B2 B3 B4

2

9 6 2 15 1

S1 S2 S3 S4

2

2,2K x 4

13

A1 A2 A3 A4

1

11 7 4 16

1 2

1 2

1 2

2

1

10 8 3 1

8 7 6 5

2

1 2 3 4

14 D5 D4 D3 D2 D1

74LS83

SUB(C0)

Figura No 1



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Cent Suma/Resta Dato de entrada A C0 SUB ADD A4 A3 A2 A1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 o Tabla de verdad N 1 5to Paso

Dato de entrada B B4 B3 B2 B1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

Csal Dato de Salida S C4 S3 S3 S2 S1




CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Armar y probar circuito comparador. Consiste en conectar un circuito capaz de efectuar la comparación entre dos datos binarios y proporcionar información respecto a cuando el dato A es mayor que el dato B, cuando ambos datos son iguales y cuando el dato A es menor que el dato B, la finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento de un circuito comparador de cuatro bits. La comparación de dos palabras binarias es una operación común en los sistemas de computadoras e interfaces de dispositivos. Los circuitos comparadores permiten la toma de decisiones en circuitos electrónicos cuyo funcionamiento esta supeditado al ingreso de un código que será comparado con un dato interno. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS85 utilizando el manual ECG o el diagrama que mostramos a continuación. Identificar también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso


3do Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a las entradas A (A3 A2 A1 A0) Y B (B3 B2 B1 B0) los datos binarios de cuatro bits consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos que aparecen en las salidas A>B, A=B y A


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES SW DIP-4 1 2 3 4

Vcc = 5v 8 7 6 5

SW DIP-4

1

1

1

1

1

1

1

ABo

7 6 5

D1

D2

330R x 3

1 2

1 2

2


D3

2

2

2

2

2

2

74LS85 2

2,2K x 8 2 1

5v

10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4

8 7 6 5

1

1 2 3 4

Figura No 1 Entrada dato A A3 A2 A1 A0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 o Tabla de verdad N 1 5to Paso

Entrada dato B B3 B2 B1 B0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0

Salidas A>B A=B A



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Comprobar funcionamiento de circuito de ALU. Consiste en conectar un circuito de Unidad Aritmético Lógica, capaz de realizar cualquier número de operaciones aritméticas y lógicas diferentes entre dos operandos de n bits. La finalidad es comprobar experimentalmente el funcionamiento del circuito integrado y comprender su función como parte importante de la CPU de un ordenador. Las ALU’s son circuitos utilizados como parte importante de los procesadores utilizados en los ordenadores encargada de realizar la función de procesador aritmético. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar el CI 74LS181 utilizando el manual ECG. Identificar también los demás dispositivos empleados en el circuito y comprobar su estado de operación.

2do Paso


8 7 6 5

8 7 6 5

4 3

1 2 3 4

1 2 3 4

1 2

SW DIP-2

8 7 6 5

1

1 2

14 16 17 15

2

S0 S1 S2 S3 M

A=B CN+4 G P

1

CN

2

1

1

1

1

1

1

1

1 1 2 2

2,2K X 2

2

2

2

2

2

2

1 1 1 1 2 2 2 2

6 5 4 3 8

B0 B1 B2 B3

9 10 11 13

74LS181

2

1 1 1 1 2 2 2 2

330R x 8 2 1

2,2K x 12 1 1 1 1 2 2 2 2

7

F0 F1 F2 F3

1

1 22 20 18

A0 A1 A2 A3

2

2 23 21 19

330R x 5 2 1

SW DIP-4 1 2 3 4

Vcc = 5v

Figura No 1 3do Paso


4to Paso

Utilizando los dip switch aplique a los terminales de selección S (S3 S2 S1 S0) y a los terminales de entradas A (A3 A2 A1 A0), B (B3 B2 B1 B0), M y Cn los datos binarios consignados en la tabla de verdad No 1 y verifique y anote los niveles lógicos que aparecen en las salidas F (F3 F2 F1 F0) y Cn4. Interprete el significado de las operaciones realizadas.




Operación

Selección S S3 S2 S1 S0

1 1 0 1 1 0 1 1 Tabla de verdad No F=A más B F=AmenosB F= A . B F= A + B

5to Paso

0 1 1 1 1

1 0 1 0

Cn

M

1 0 X X

0 0 1 1

Dato A

Dato B

A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0

0 1 0 1

0 0 1 1

1 0 1 0

1 1 0 0

0 0 0 0

1 1 0 0

0 1 1 0

Cn-4

Salida F F3 F2 F1 F0

1 1 1 1





ARITMÉTICA DIGITAL INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales que son capaces de efectuar operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación, división y operaciones matemáticas más complejas, basan su funcionamiento en lo que es la aritmética binaria, es decir estos sistemas efectúan operaciones aritméticas en sistema binario. Para entender la forma en que las máquinas digitales (computadoras, calculadoras digitales, etc.) realizan las operaciones aritméticas básicas es necesario entender los principios básicos de aritmética binaria. En esta parte del curso estudiaremos primero las principales operaciones aritméticas en sistema binario, luego estudiaremos los circuitos lógicos reales que efectúan estas operaciones en un sistema digital. 1. ARITMÉTICA BINARIA 1.1 ADICIÓN BINARIA Esta es la operación aritmética de mayor importancia en los sistemas digitales. Se siguen los mismos pasos que la adición de números naturales, pero solo pueden ocurrir cuatro casos al sumar dos cifras binarias en cualquier posición. Y son: 0+0=0 1+0=1 1 + 1 = 10 = 0 + acarreo de 1 a la siguiente posición 1 + 1 + 1 =11 = 1 + acarreo de 1 a la siguiente posición Ejemplos de adición de dos números binarios: 011 (3) +110 (6) 1001 (9)

1001 (9) + 1111 (15) 11000 (24)

11.011 (3.375) + 10.110 (2.750) 110.001 (6.125)

Cuando van a sumarse más de dos números, se suman los dos primeros y el resultado se agrega al tercer numero, y así sucesivamente. Las máquinas digitales modernas pueden realizar esta operación en microsegundos. Representación de números con signo: En las computadoras digitales, los números binarios se representan por medio de un conjunto de dispositivos de almacenamiento binario. Cada dispositivo representa un bit (dos cifras binarias). Como la mayoría de computadoras y calculadoras manejan números negativos y positivos, se requiere de algún medio para representar el signo del número (+ o -). Esto se lleva a cabo normalmente agregando otro bit al número denominado bit de signo. Un cero en el bit de signo representa un número positivo y un uno representa un número negativo. Los números mostrados a continuación están formados por un bit de signo y seis bits de magnitud, y constituye el sistema signo magnitud. 0 101110 = Número binario positivo ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 1 011101 = Número binario negativo Pero el sistema más empleado por computadoras para representar números binarios con signo es el sistema de complemento a dos. Complemento a 1: Se obtiene cambiando cada cero por uno y viceversa. Así: 1 0 1 1 0 1 número binario original 0 1 0 0 1 0 complemento a 1 Complemento a 2: Se obtiene tomando el complemento a 1 y sumándole 1 al bit menos significativo del número 1 0 1 1 0 1 equivalente binario de 45 0 1 0 0 1 0 se complementa cada bit para formar el complemento a 1 +

1 se suma 1 para obtener el complemento a 2

0 1 0 0 1 1 representación en complemento a 2 del número binario original Representación de números con signo mediante el complemento a 2: El sistema complementario a 2 trabaja como sigue: • Si el número es positivo, la magnitud está representada por su equivalente binario verdadero y se agrega un cero antes del bit más significativo. 0

1 0 1 1 0 1 = +4510

Bit del signo •

número binario verdadero

Si el número es negativo, la magnitud está representada por su equivalente en complemento a 2 y se agrega un 1 antes de abrir el bit más significativo.

1 Bit del signo

0 1 0 0 1 1 = -4510 complemento a 2

En términos generales podemos decir que la operación complemento a 2 de un número con signo cambiará un número positivo por uno negativo y viceversa. Para pasar de complemento a 1 a binario verdadero simplemente se vuelve a complementar cada bit. Y para pasar de complemento a 2 a binario verdadero se requiere complementar cada bit y luego sumar 1 al LSB. La reconversión al binario es el mismo proceso que se empleó para producir el complemento con que se empezó. Ejemplo: 01100 El bit de signo es cero, entonces el número es positivo, los que representan la magnitud verdadera del número son 11002 = 1210 . El número decimal es +12. 11010 El bit de signo es 1, por lo que el número es negativo, primero se complementa a 2, con lo que obtendremos un número positivo, ya que al complemento a 2 cambia la polaridad del número. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 11010 00101 + 1 00110

(número negativo original) (complemento a 1) (se suma 1) (+6)

Como el resultado de la operación complemento es +6 el número original debió ser –6 110102 = -610 Caso especial de la representación en complemento a 2: Siempre que un número con signo tiene un 1 en el bit de signo y todos los bits de magnitud son 0, su decimal equivalente es –2N, donde N es el número de bits que hay en la magnitud. Por ejemplo 1000 = -23 = -8 10000 = -24 = -16 100000 = -25 = -32 1.2 ADICIÓN EN EL SISTEMA COMPLEMENTO A 2 El sistema complemento a 2 es más usado debido a sus ventajas en la implantación de circuitos. En los diversos casos considerados, es importante observar que el bit del signo de cada número se opera en la misma forma que la parte de la magnitud. Caso 1 : Dos números positivos. Consideremos la suma de +9 y +4: +9 0 1001 (consumando) +4 0 0100 (sumando) 0 1101 (suma = +13) Bits de signo Si los bits de signo de consumado y sumando son 0 y el bit de signo de la suma es 0, la suma es positiva. El consumado y el sumando se forman con el mismo número de bits. Caso 2 : Número positivo y número negativo menor Consideremos la adición +9 y –4. El número –4 estará en su forma complemento a 2, luego +4 (00100) debe convertirse en –4 (11100). +9 0 1001 (consumado) -4 1 1100 (sumando) 1 0 0101 Este acarreo se descarta; el resultado es 00101 (suma = +5) En este caso el bit de signo del sumando es 1. El bit de signo también participa en el proceso de adición. Se acarrea en la última posición de la suma. Este acarreo siempre se descarta, de modo que la suma final es 00101, que es equivalente a +5. Caso 3: Número positivo y número negativo mayor. Considérese la adición de –9 y +4: -9 1 0111 +4 0 0100 1 1011 (suma = -5) Bit de signo negativo ELECTRÓNICA INDUSTRIAL



La suma tiene un bit de signo 1, lo que indica un número negativo. Como la suma es negativa, ésta se encuentra en su forma complemento a 2, de manera que los últimos 4 bits, 1011, representan en realidad el complemento a 2 de la suma. Para determinar la magnitud verdadera de la suma, tomamos el complemento a 2 de 11011; el resultado es 00101 = +5. De este modo, 11011 representa el número –5. Caso 4: Dos números negativos. -9 10111 -4 11100 1 10011 bit del signo Este acarreo se descarta; el resultado es 10011 (suma = -13) Este resultado final vuelve a ser negativo y está en forma complemento a 2 con un bit de signo 1. Nótese que el complemento a 2 de 10011 es 01101 = +13. Caso 5: números iguales y opuestos. -9 10111 +9 01001 0 1 00000 Este acarreo se descarta; el resultado es 00000 (suma = +0) El resultado es obviamente +0, como se esperaba.

1.3 SUSTRACCIÓN EN EL SISTEMA COMPLEMENTO A 2 Cuando se resta un número binario (sustraendo) de otro número binario (minuendo), el procedimiento es como sigue: 1. Se toma el complemento a 2 del sustraendo, incluyendo el bit de signo. Si el sustraendo es un número positivo, éste se transformará en uno negativo en forma complemento a 2. Si el sustraendo es un número negativo, éste se convertirá en uno positivo en forma binaria verdadera. Es decir, se altera el signo del sustraendo. 2. Después de tomar el complemento a 2 del sustraendo, éste se suma al minuendo. El minuendo se conserva en su forma original. El resultado de ésta adición representa la diferencia que se pide. El bit de signo de ésta diferencia determina si es positivo o negativo, y si está en forma binaria verdadera o en forma complemento a 2. 3. Ambos números deben tener el mismo número de bits. 4. En el caso que +4 se restara de +9: Minuendo Sustraendo

(+9) 01001 (+4) 00100

Se cambia el sustraendo a su forma complemento a 2 (11100), lo que representa –4. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT - 07 HCT 4 / 17 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Luego se suma esto al minuendo 01001 +11100 1 00101

(+9) (-4) (+5)

Se descarta; así que el resultado es 00101 = +5 Cualquier operación de sustracción se convierte en realidad en una de adición cuando se emplea el sistema complemento a 2. Sobreflujo aritmético: En todos los casos considerados en las operaciones de adición y sustracción, la magnitud del resultado fue lo suficientemente pequeña como para caber en 4 bits. Obsérvese la suma de +9 y +8. +9 +8

0 1001 0 1000 1 0001 bits de signo

El resultado tiene un bit de signo negativo, lo cual es incorrecto. La respuesta debe ser +17, pero la magnitud 17 necesita más de 4 bits y por lo tanto sobrepasa la posición del bit de signo. Esta condición de sobreflujo siempre produce un resultado incorrecto. En una computadora se emplea un circuito especial para detectar cualquier condición de sobreflujo y señalar que la respuesta es errónea. 1.4 ADICIÓN EN BCD Suma igual a nueve o menos Considérese la suma de 5 y 4 utilizando BCD para representar cada dígito: 5 +4 9

0101 +0100 1001

BCD para 5 BCD para 4 BCD para 9

La adición se realiza como en la adición binaria normal y la suma es 1001, que es el código BCD para 9. La suma de los pares de dígitos decimales no excedió de nueve, por lo que no se produjeron acarreos.

Suma mayor que nueve Considérese la suma de 6 y 7 en BCD: 6 +7 +13

0110 0111 1101

BCD para 6 BCD para 7 grupo de código no válido para BCD

La suma 1101 no existe en el código BCD; es uno de los seis grupos de código de 4 bits no válidos. La suma tiene que ser corregida añadiéndole un seis (0110) para tomar en cuenta la omisión de los seis grupos de código no válidos:



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 1101 suma no válida 0110 se suma 6 para corregir 0001 0011 BCD para 13 1 3 Nótese que se produce un acarreo en la segunda posición decimal. Esta adición de 0110 tiene que realizarse siempre que la suma de dos cifras decimales sea mayor que 9. 2. ARITMÉTICA HEXADECIMAL Adición hexadecimal Se realiza de forma similar a la adición decimal, siempre y cuando se recuerde que el mayor dígito hexadecimal es F y no 9. Para realizar esta operación se procede así: 1. Sume los dos dígitos hexadecimales en decimal, insertando mentalmente el equivalente decimal para números mayores de 9. 2. 2. Si la suma es igual o menor que 15, ésta puede expresarse directamente como un dígito hexadecimal. 3. Si la suma es mayor o igual que 16, se le restan 16 y se acarrea un 1 hacia el dígito de la siguiente posición. Por ejemplo para sumar los números hexadecimales 58 y 4B 58 + 4B A3 La operación comienza al sumar 8 y B, sustituyendo mentalmente el dígito B por 11. El resultado es 19, entonces se resta 16 y se obtiene 3; se escribe 3 y se genera un acarreo de 1 a la siguiente posición. Este acarreo se suma a 5 y 4, lo que da 1010 valor que se convierte en el dígito hexadecimal A. Sustracción hexadecimal Podemos restar números hexadecimales utilizando el mismo método que se usó para números binarios. El sustraendo hexadecimal se complementará a 2 y luego se sumará al minuendo y cualquier acarreo de la posición MSD será descartado. ¿Cómo se complementa a 2 un número hexadecimal? Sencillamente se resta cada dígito hexadecimal de F, luego se suma 1. 73A F F F -7 -3 -A 8 C 5

8

+1 C 6

número hex se resta cada dígito de F

se suma 1 equivalente hex del complemento a 2.

3. CIRCUITOS ARITMÉTICOS 3.1 SUMADOR BINARIO PARALELO



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES El proceso de adición se inicia sumando los bits menos significativos (LSB) del cosumando y del sumando. Así, 1 + 1 = 10, lo cual significa que la suma para esa posición es 0 con un acarreo de 1. Este acarreo tiene que sumarse a la siguiente posición junto con el cosumando y el sumando en esa posición. Así, en la segunda posición, 1 + 0 + 1 = 10, que es una vez más una suma de 0 y un acarreo de 1. Este acarreo se suma a la siguiente posición junto con los bits del cosumando y del sumando en esa posición y así para las restantes posiciones. En cada paso de este proceso se efectúa la suma de 3 bits, el bit del cosumando, el del sumando y el del acarreo de la posición anterior. El resultado de la adición de estos 3 bits produce 2 bits: un bit de suma y uno de acarreo, que se sumará a la siguiente posición. El circuito que realiza dicha adición se conoce como sumador total. La figura siguiente ilustra la idea anterior. 1

0

1

0

1

Cosumando

0

0

1

1

1

Sumando

1

1

1

0

0

Suma

0

0

1

1

1

Acarreo

Un circuito capaz de efectuar la suma de dos datos binarios de n bits, en la forma indicada anteriormente, recibe el nombre de circuito sumador binario paralelo y está constituido por n sumadores totales, tal como se muestra en la figura siguiente:

B3 C4

B2 C3

ST3

C2 ST2

A3

S3

B1 C1 ST1

A2

S2

B0

ST0

A1

S1

C0

A0

S0

3.2 DISEÑO DE UN SUMADOR TOTAL: Para diseñar un circuito lógico que realice la función del sumador total debemos elaborar una tabla de verdad que muestre los diversos valores de entrada y salida en todos los casos posibles. A continuación se muestra la tabla de verdad que será utilizada para el diseño de un sumador total.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES T.Entrada A B Cent 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

T.Salida S Csal 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1

Utilizando el método de la suma de productos, podemos escribir la expresión para S: S = A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent Simplificando la expresión anterior utilizando los axiomas y teoremas del álgebra de Boole, tenemos: S = A(B ⋅ Cent + B ⋅ Cent ) + A(B ⋅ Cent + B ⋅ Cent ) S = A(B ⊕ Cent ) + A(B + Cent ) S = A ⊕ B ⊕ Cent

Así mismo la expresión para Csal será: Csal = A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent + A ⋅ B ⋅ Cent Simplificando la expresión anterior tenemos: Csal = B ⋅ Cent ( A + A) + A ⋅ Cent (B + B ) + A ⋅ B(Cent + Cent ) Csal = B ⋅ Cent + A ⋅ Cent + A ⋅ B

El Circuito de la figura siguiente muestra la lógica de un sumador completo: A B

4

1

6

3

Cent

S

5

2 74LS86

74LS86

1 3

2

74LS08 4 6

5

74LS08

1 2 13

Csal

12

74LS27

9 8

10

74LS08




3.3 SUMADOR PARALELO 74LS 183 Es un circuito sumador paralelo de 4 bits que contiene cuatro sumadores totales interconectados y el circuito de predicción de acarreo necesaria para operar a una alta velocidad. La figura siguiente muestra el símbolo lógico del circuito sumador paralelo 74 LS83. 10 8 3 1 11 7 4 16 13

A1 A2 A3 A4

S1 S2 S3 S4

9 6 2 15

B1 B2 B3 B4 C0

C4

14

74LS83

Las entradas de este circuito integrado son dos números de cuatro bits A4 A3 A2 A1, B4 B3 B2 B1 y el acarreo de entrada C0. Las salidas son los bits de suma S4 S3 S2 S1 y el acarreo de salida C4. Con frecuencia los bits de suma son señalados con la letra griega sigma Σ. Conexión en cascada de circuitos sumadores paralelos: Es posible conectar sumadores paralelos a fin de lograr la adición de números binarios mas grandes. La figura siguiente muestra la forma como deben conectarse dos sumadores paralelos 74LS83 para sumar números binarios de 8 bits.

C4

16 4 7 11

1 3 8 10 A4 A3 A2 A1 S4 S3 S2 S1 15 2 6 9

C4 14

S4 S3 S2 S1

74LS83

15 2 6 9

14

C4

74LS83

B4 B3 B2 B1

13

B7B6B5B4B3B2B1B0

C0

1 3 8 10 A4 A3 A2 A1

16 4 7 11 B4 B3 B2 B1

C0

13

A7A6A5A4A3A2A1A0

S7S6S5S4S3S2S1S0




3.4 SISTEMA EN COMPLEMENTO A 2 Los números positivos y negativos, incluyendo los bit de signo, pueden sumarse utilizando un circuito sumador paralelo básico cuando los números negativos están en complemento a 2. A fin de efectuar sustracciones entre dos números binarios, el sustraendo debe complementarse a dos y luego sumarse con el minuendo. El circuito sumador paralelo 74LS83 puede adaptarse tanto para efectuar operaciones de suma y sustracción, utilizando adicionalmente un circuito encargado de convertir a complemento a 2 el dato B en caso de efectuarse una sustracción. En la figura siguiente se muestra el circuito sumador restador. A fin de efectuar operaciones de adición entre los datos A y B, es necesario poner el terminal ADD en nivel alto y el terminal SUB en nivel bajo, con lo cual el dato B original es aplicado a los terminales B4 B3 B2 B1 del CI 74 LS83, el dato A es también aplicado a los terminales A4 A3 A2 A1 de dicho CI; obteniéndose en la salidas C4 S4 S3 S2 S1, la suma binaria de ambos datos. Para efectuar operaciones de sustracción entre los datos A y B, el terminal ADD debe ponerse en nivel bajo y el terminal SUB debe ponerse el nivel alto, esto pone en nivel alto el terminal C0 del CI, sumándosele 1 al bit menos significativo de los datos A y B, de modo que el dato B es aplicado a los terminales del CI pero complementado a 2; obteniéndose en las salidas C4 S4 S3 S2 S1, la diferencia entre los datos A y B, ya sea en la forma binaria o en complemento a 2. 1 3

B1

2

1

1

74LS08

B1 2

1

3

3

B1

6

B2

8

B3

11

B4

2

2 74LS32

4

B2

74LS08

6

74LS04

5

4

4

74LS08

B2

3

6

4

5

5 74LS32

9

B3

74LS08

8

74LS04

10

9

9

74LS08

B3 6

5

8

10

10 74LS32

12

B4

74LS08

11

74LS04

13

12

12

B4 8

9

74LS08

11

13

13 74LS32

74LS08 74LS04

ADD


SUB(C0)



10 8 3 1

DATO A

DATO B

11 7 4 16

C0

13

A1 A2 A3 A4

S1 S2 S3 S4

9 6 2 15

SALIDAS

B1 B2 B3 B4 C0

C4

14

C4

74LS83 3.5 SUMADORES EN BCD: Un circuito sumador en BCD debe ser capaz de realizar lo siguiente: a) Sumar dos grupos de códigos BCD de cuatro bits, utilizando la adición binaria directa. b) Determinar si la suma de esta adición es mayor que 1001 (9 decimal), si lo es añadir 0110 (6 decimal) a esta suma y generar un acarreo a la siguiente posición decimal. El circuito sumador en BCD de la figura siguiente posee la lógica necesaria para realizar el ajuste decimal si en caso, la suma de los datos BCD del sumador superior (A y B) es mayor que 1001 (9 decimal) o produce acarreo (C4), en ese caso la salida X asume el nivel 1 y ello equivale a sumarle 0110 (6 decimal) a dicha suma a través del sumador inferior. B4 B3 B2 B1

Sumador 74LS83 S4

S3

S2

S1

Acarreo del sumador anterior

A4A3A2A1

Acarreo al siguiente sumador

74LS32

74LS08

5

X

1

6

4

3

2

74LS32 2 3

1

C4

Sumador 74LS83

No Usado

A4A3A2A1

S4

S3

S2

S1

SUMA BCD



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 4. CIRCUITOS COMPARADORES La comparación de dos palabras binarias es una operación común en sistemas de computo e interfaces de dispositivos. Un circuito que compara dos palabras binarias e indica si son iguales se llama comparador. Algunos comparadores interpretan sus palabras de entrada como números con signo e indican también una relación aritmética (mayor o menor que) entre las palabras. Las compuertas XOR y XNOR pueden considerarse como comparadores de un bit , por ejemplo una compuerta XOR proporciona un nivel de salida alto si los niveles presentes en sus entradas son diferentes, de lo contrario proporcionan un nivel de salida bajo. En la figura siguiente la salida de las cuatro compuertas XOR entran a una compuerta OR para crear un comparador de cuatro bits , la salida DIC se activa si cualquiera de los pares de bit de entrada son diferentes. Con suficientes compuertas XOR y una compuerta OR puede construirse comparadores con cualquier número de bits. A0

1

B0

2

3

DIFF0 2

74LS86

1

3

A1

4

B1

5

6

DIFF1

74LS02 1 3

74LS86 2

A2

9

B2

10

DIFF

74LS00

8

DIFF2

2 1

74LS86 3

A3

12

B3

13

74LS02

11

DIFF3

74LS86

También es posible la construcción de comparadores de n bits utilizando compuertas XNOR, por ejemplo se muestra a continuación un comparador de cuatro bits, aquí se utiliza la conexión AND alambrada, puesto que las compuertas XNOR 74LS266 son compuertas de colector abierto. A0

1

B0

2

3 VCC = 5V

74LS266

A1

1

B1

2

1 3 R 2

74LS266

A2

1

B2

2

DIFF 3

74LS266

A3

1

B3

2

3

74LS266



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Circuito comparador 74LS85: Es un CI MSI que compara dos datos A3 A2 A1 A0 y B3 B2 B1 B0 de 4 bits cada uno, proporcionando salidas ABo. Así mismo los terminales de entrada ABi sirven para la conexión en cascada de CI’s 74LS85 con la finalidad de efectuar comparaciones entre dos datos binarios de mayor número de bits: 10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4


7 6 5

ABo

74LS85

Conexión en cascada de circuitos comparadores 74LS85: Con la finalidad de aumentar el numero de bits a ser comparados el CI 74LS85 puede interconectarse con otro, por ejemplo un comparador de 8 bits se conectaría de la forma indicada en la siguiente figura:

1

VCC = 5V

2

R

7 6 5

10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4

MSB A

MSB B

74LS85

5 6 7

A0 A1 A2 A3 B0 74LS85 B1 B2 B3 ABo A>Bi

A>Bo A=Bo A
A>Bi A=Bi A
4 3 2 1 14 11 9 15 13 12 10

LSB B LSB A

5. UNIDAD ARITMÉTICO-LOGICA Una de las funciones esenciales de las computadoras es la realización de operaciones aritméticas, estas operaciones son efectuadas en la ALU (unidad aritmético-lógica) de la computadora. La finalidad principal de la ALU consiste en aceptar datos binarios que están almacenados en la memoria de la computadora y ejecutar operaciones aritméticas con esos datos.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES La unidad aritmético-lógica contiene al menos dos registros: el registro B y el Acumulador . Así mismo contiene la lógica combinatoria que realiza las operaciones aritméticas y lógicas que están almacenadas en el registro B y el acumulador. La figura siguiente muestra el diagrama en bloques de una unidad aritmética – lógica.

ACUMULADOR

CIRCUITOS UNIDAD DE MEMORIA

LOGICOS

UNIDAD DE CONTROL

REGISTRO B

Unidad aritmético – lógica 74LS181: En la figura siguiente se muestra el símbolo lógico y la tabla de verdad del CI 74LS181. Este CI puede realizar 16 operaciones aritméticas binarias con dos palabras de cuatro bits. Estas operaciones se seleccionan por medio de cuatro líneas de selección S0, S1, S2 y S3. La configuración de las líneas de selección conducen cada una a un tipo de suma, resta, decremento por uno y transferencia directa. Estas funciones se proporcionan en varias combinaciones, con y sin bits de acarreo. Además de su uso como procesador aritmético, esta ALU se puede utilizar como comparador colocándola en modo de resta de modo que una entrada se reste de otra, con lo que el CI estará configurado para verificar si esta diferencia es positiva, negativa o cero. Este circuito se diseño para proporcionar la realización de operaciones tanto aritméticas como lógicas sin la necesidad de conexión de elementos externos. 2 23 21 19 1 22 20 18 7 6 5 4 3 8

A0 A1 A2 A3

F0 F1 F2 F3

B0 B1 B2 B3 CN S0 S1 S2 S3 M

A=B CN+4 G P

9 10 11 13

14 16 17 15

74LS181



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES Selección S3

S2

S1

S0

0

0

0

0

M=H Funciones Lógicas F=A

0

0

0

1

F = AB

0

0

1

0

0

0

1

1

F = A+ B F =1

0

1

0

0

F = A+ B

0

1

0

1

F=B

0

1

1

0

F = A⊕ B

0

1

1

1

F = A+ B

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

F F F F F

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

DATOS ACTIVOS EN NIVEL BAJO M=L: Operaciones Aritméticas Cn = 0 Cn = 1 Sin acarreo Con acarreo F=A F = A min us1 F = AB F = AB min us1 F = AB min us1 F = min us1(2' sCOMP )

F = AB F = ZERO

F = ABPlus ( A + B ) F = A min usB min us1

F = ABPlus ( A + B )Plus1 F = A min usB

F = APlus ( A + B )

F = A+ B F = APlus ( A + B ) F = APlusB

= AB = A⊕ B =B = A+ B =0

F = ABPlus ( A + B ) F = (A + B) F=A F = ABPlusA

F = AB F = AB F=A

F = APlus ( A + B )Plus1

F = ( A + B )Plus1 F = APlus( A + B )Plus1 F = APlusBPlus1

F = ABPlus ( A + B )Plus1 F = ( A + B )Plus1 F = APlusAPlus1 F = ABPlusAPlus1

F = ABPlusA F=A

F = ABPlusAPlus1 F = APlus1

8 74LS86


8 9

4

6

12 13

11

9 10

12 13

10 74LS266

}

0

{

P 3} 0

0

3 Q

3 CI

6 9

5 6

4 5

10 8 3 1 11 7 4 16 13

15 2

=1

CO

14

1 2

3

=1

11

1 2

3

6. Simbología IEEE:

74LS83


PQ Q

3 74LS85

2 1 23 22 21 20 19 18

-

M

0 31

4 CI

(0..15) CP (0..15) CG 6(P=Q) (0..15) CO

9

3 < = >} 0

ALU

}

0

P Q

[1]

P Q

[2]

P Q

[4]

P Q

[8]

10

P

6 5 4 3 8 7

11

COMP

13

}

0

5 6 7

10 12 13 15 2 3 4 9 11 14 1

16141715


74LS181



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 7.CUESTIONARIO 1.- Sume los siguientes grupos de números binarios: a) 1001 + 0110 b) 101110 + 101110 c) 10111 + 10011 d) 100111011 + 011110111 2.- Realice las siguientes sumas utilizando el sistema en complemento a dos: a) 13 + -6 b) 4 + -7 c) 12 + -6 d) 5 + -13 3.- Realice la tabla de verdad y grafique el circuito de un medio sumador para dos bits. 4.- Realice un esquema explicativo de la forma como debe conectarse sumadores BCD en cascada.

circuitos

5.- Realice un circuito comparador para dos datos binarios de tres bits mediante la utilización de puertas lógicas. 6.- Realice la interpretación de la simbología IEEE en cuanto se refiere a circuitos comparadores. 7.- Investigue respecto al funcionamiento de circuitos multiplicadores y divisores binarios.



5v 5v 11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

16 14 A B C D 8

11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

5v

2 4 6 8

16 2 3 5 6 11 10 14 13

7 5v

74LS147 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

1 3 5 74LS04 9

14 6 7 9

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

16 14 9 7 6 14

A B C D

1 3 5 74LS04 9

2 4 6 8

1 15

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

4

1Y

7

2Y

9

3Y 4Y

12

A/B G 74LS157 8

8 7

74LS147 SELECCIÓN 1

5v

2,2K

5v

5v

2

16

5v

7 1 2 6 4 5 3


A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

330R x 7 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

74LS47 8

No 01

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Detectar y reparar fallas en circuitos combinacionales

CANT

DISPLAY



DETECCIÓN Y REPARACIÓN DE FALLAS EN CIRCUITOS COMBINACIONALES


MATERIAL HT



HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Codificador de Decimal a BCD Pieza 02 CI. Puertas NOT Pieza 01 CI. Multiplexor de 2 a 1 4 bit’s Pieza 01 CI. Decodificador Pieza 01 Display ánodo común Pieza 01 Resistores de 2,2 K ¼ W Pieza 07 Resistores de 330R ¼ W Metros 0.5 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS147 74LS04 74LS157 74LS47 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Detectar y reparar fallas en circuitos combinacionales. Consiste en aplicar técnicas de detección y reparación de averías en circuitos digitales combinacionales, analizando previamente el funcionamiento normal de un circuito combinacional e introduciendo fallas en él a fin de que el participante aplique criterios de detección de averías y proceda a la reparación de las mismas. La detección de fallas en circuitos digitales combinacionales constituye una de las operaciones más importantes que realizará el técnico durante su desempeño laboral, esta operación requiere no sólo de conocimientos relacionados con el funcionamiento de los circuitos sino también requiere de una buena capacidad de análisis, amplitud de criterio y sentido práctico a fin dar la mejor solución a un problema dado. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar los dispositivos utilizados en el circuito y verificar su estado de operación.

2do Paso

Conecte el circuito de la figura No 1 y revise las conexiones efectuadas. 5v 5v 11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

16 14 A B C D 8

11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 4 6 8

5v 16 2 3 5 6 11 10 14 13

7 5v

74LS147 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

1 3 5 74LS04 9

14 6 7 9

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

16 14 1 3 5 74LS04 9

9 7 6 14

A B C D

2 4 6 8

1 15

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

1Y 2Y 3Y 4Y

4 7 9 12

A/B G 74LS157

8

8 7


5v

2,2K

5v

5v

2

16

5v

7 1 2 6 4 5 3


A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

330R x 7 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

74LS47 8

DISPLAY

Figura No 1. Circuito Indicador de Nivel para dos Tanques Multiplexado. 3do Paso Ajuste la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito de la figura No 1. Tenga precaución de no superar la especificación máxima de voltaje de alimentación y cuide de aplicar la polaridad correcta. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HO



Verifique el funcionamiento del circuito indicador de nivel activando las entradas S1......S9 y verificando que el dato visualizado corresponda a la entrada activada. Utilice el Sw de selección A / B a fin de verificar el funcionamiento de los dos codificadores de entrada. Complete la tabla de verdad No 1 T.Selección

S1 S2 1 0 0 0 X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 X X 0 1 0 1 0 X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 o Tabla de verdad N 1

Terminales de Entrada S3 S4 S5 S6 S7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 X 1 1 0 X X 1 0 X X X 0 X X X X X X X X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 X 1 1 0 X X 1 0 X X X 0 X X X X X X X X X X X X X X

S8 1 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 1 1 1 1 1 0 X

S9 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0

Dígito Visualizado

5to Paso

Una vez comprobado el funcionamiento, el instructor introducirá una avería en el circuito.

6to Paso

Proceder luego a la detección de fallas: • Mida la tensión en todos los puntos de alimentación. • Verifique los niveles lógicos de entrada y salida de los CI con una punta lógica y verifique su normal funcionamiento. Realice esta verificación por etapas. • De encontrar alguna anormalidad proceda a aislar la falla y a realizar las pruebas pertinentes. • Proporcione un listado de las causas posibles de la falla

7to Paso

Una vez ubicada la avería proceda a efectuar la reparación.

8to Paso





TÉCNICAS DE DETECCIÓN Y REPARACIÓN DE FALLAS EN CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES: INTRODUCCIÓN Existen tres pasos básicos para reparar un sistema o circuito digital que presenta una falla: 1. Detección de la falla. Se observa la operación del circuito o sistema y se compara con la operación correcta esperada. 2. Aislamiento de la falla. Se efectúan pruebas y realizan mediciones para aislar la falla. 3. Corrección de la falla. Se realiza el reemplazo del componente defectuoso, se repara la conexión, se remueve el corto, etc. El procedimiento que se sigue para detectar y corregir fallas depende mucho del tipo y la complejidad del circuito y de las herramientas y documentación disponibles. Seguidamente se describen los tipos de fallas más comunes en los sistemas que trabajan principalmente a base de CI digitales y se explica como reconocerlos. Cada vez que se aborde la detección y reparación de fallas, se dará por sentado que el técnico siempre tiene a su disposición una punta de prueba lógica y un osciloscopio, porque éstas son herramientas indispensables en cualquier laboratorio digital. También es sabido que la punta prueba lógica tiene uno o más indicadores luminosos que pueden señalar diferentes condiciones en la punta: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Un nivel BAJO constante Un nivel ALTO constante Un tren de pulsos repetitivo Un nivel BAJO que momentáneamente va hacia ALTO Un nivel ALTO que momentáneamente va hacia abajo Un circuito abierto o un nivel lógico indeterminado

1. FALLAS INTERNAS EN CI DIGITALES Las fallas más comunes de los CI digitales son: 1. 2. 3. 4.

Mal funcionamiento del circuito interno Entradas o salidas cortocircuitadas a tierra a Vcc Entradas o salidas en circuito abierto Cortocircuito entre dos terminales (diferentes de las tierra o Vcc)

EJEMPLO 1: Un técnico utiliza una punta de prueba lógica para determinar las condiciones que se encuentran en varias terminales de un CI, de este modo es posible examinar y determinar si el circuito está trabajando en forma apropiada o existen algunas condiciones de funcionamiento inadecuadas que pueden sugerir algunas de las posibles fallas. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT



A

1

1

2

Z1 74LS04

2

B

3

Z2

S

74LS00

Terminal Z1-1 Z1-2 Z2-1 Z2-2 Z2-3

Condición Pulsante Bajo Bajo Alto Alto

La terminal de salida 2 de Z1 debería estar cambiando, ya que su entrada lo hace, los resultados indicados, sin embargo, señalan que la señal de salida 2 permanece fija en BAJO. Dado que la salida está conectada a la terminal 1 de Z2, esto mantiene en ALTO la salida de la compuerta NAND. De lo mencionado se puede hacer una lista de las tres posibles fallas que pueden causar esta operación: Una podría ser la falla de un componente interno del INVERSOR que impide que éste responda en forma adecuada a su entrada. Otra podría ser que la terminal 2 de Z1 estuviera en cortocircuito interno con tierra, lo que mantiene esta entrada en BAJO. Una tercera podría ser que la terminal 1 de Z2 estuviera en corto a tierra dentro de Z2. Esto imposibilitaría a la terminal de salida del INVERSOR cambiar su nivel. Si la entrada de un CI está abierta internamente, la señal lógica aplicada en esa entrada no tendrá ningún efecto sobre la salida, el circuito abierto deja la entrada en un estado flotante, TTL y CMOS responden de manera diferente ante un circuito abierto en la entrada. Los circuitos integrados TTL responden como si la entrada fuese un 1 lógico; los circuitos integrados CMOS responden de manera errática y pueden dañarse por sobrecalentamiento. Cuando la salida de un CI está internamente abierta, no se presenta voltaje alguno en la terminal de salida, sin importar cuáles sean las condiciones en las entradas, si esta salida se conecta a la entrada de uno o más CI, se produce una entrada abierta o flotante en estos circuitos. EJEMPLO 2: En el circuito de la figura siguiente se han efectuado mediciones con una punta lógica, éstas se indican en la tabla adjunta. (suponga que los CI son TTL)

A

1

2

Z1 74LS04

B

1

2

Z2

3

S

74LS00

Terminal Z1-1 Z1-2 Z2-1 Z2-2 Z2-3

Condición Alto Bajo Bajo Pulsante Pulsante



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES El examen de los resultados señala que, en apariencia, Z1 trabaja adecuadamente, pero la salida de la NAND es inconsistente con sus entradas. La salida de la compuerta NAND debería ser ALTA porque la terminal de entrada 1 es BAJA. Este nivel BAJO debería evitar que la compuerta NAND respondiese a los pulsos aplicados en la terminal 2. Es probable que este nivel BAJO no alcance al circuito interno de la compuerta NAND como consecuencia de un circuito abierto interno, como el CI es TTL, este circuito abierto produce el mismo efecto que un nivel lógico ALTO en la terminal 1. Si el CI hubiese sido CMOS, el circuito abierto interno en la terminal 1 produciría una salida incierta, un posible sobrecalentamiento y la destrucción del circuito. De las consideraciones ya hechas en relación con entradas abiertas en TTL, se podría esperar que el voltaje en la terminal 1 de Z2 estuviese entre 1.4 y 1.8 V y la punta de prueba lógica debería registrarlo como indeterminado. Esto sería cierto si el circuito abierto se encontrara fuera de la compuerta NAND. No existe ningún circuito abierto entre la terminal 2 de Z1 y al terminal 1 de Z2, pero éste es desconectado en el interior de la compuerta NAND. 2. FALLAS EXTERNAS EN CI DIGITALES Líneas de señal en circuito abierto Esta categoría incluye cualquier falla que produzca una ruptura o discontinuidad en la trayectoria de conducción que impide que el nivel de un voltaje o señal vaya de un punto a otro. Líneas de señal en cortocircuito Este tipo de falla tiene el mismo efecto que un cortocircuito interno entre dos terminales del CI. Esto hace que las dos señales sean idénticas. Fallas en la fuente de alimentación Los sistemas digitales cuentan con una o más fuentes de alimentación de cd que proporcionan los voltajes Vcc y Vdd necesarias para los circuitos. Si existe sobrecarga de la fuente de alimentación o la misma presenta fallas entregarán un voltaje con una regulación muy pobre y los CI dejarán de operar o lo harán de manera errática. Cuando se produce una falla en el circuito interno de la fuente de alimentación o cuando los circuitos que la están alimentando demandan más corriente de la que la fuente puede proporcionar de acuerdo con su diseño, la fuente de alimentación puede dejar de proporcionar un voltaje regulado. Esto puede ocurrir si un CI o un componente presenta una falla que causa una demanda de corriente mayor que la normal. Para detectar las fallas es necesario verificar los niveles de voltajes de cada fuente de alimentación presente en el sistema, para confirmar si se encuentran dentro de sus rangos especificados. Es mejor verificar estos niveles con un osciloscopio y de esa forma comprobar que no exista una cantidad considerable de rizo de ca sobre los niveles de cd, y que los niveles de voltaje permanezcan regulados durante la operación del sistema. Si existe falla de la fuente de alimentación un CI o más funcionan de manera errática o dejan de hacerlo. Algunos CI toleran más las variaciones de la fuente de alimentación y pueden operar en forma correcta; otros sencillamente no la toleran. Es necesario verificar los niveles de alimentación y tierra de cada CI que, al parecer, opere de manera incorrecta. EJEMPLO 1: Considere el circuito de la figura mostrada. Se supone que la salida S va hacia ALTO en cualquiera de las siguientes condiciones: 1. A = 1, B = 0 sin importar el nivel de C. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL REF HT - 08 HCT

3 / 6 HOJAS

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2. A = 0, B = 1, C = 1 12

C

13

Z2

11

9

10

Z2

8

S

74LS00

74LS00 4

A

1

B

2

3

Z1

5

X

Z2

6

74LS00

74LS86

Terminal Z1-1 Z1-2 Z1-3 Z2-4 Z2-5 Z2-6, 10 Z2-13 Z2-12 Z2-9, 11 Z2-8

Condición Bajo Bajo Alto Bajo Alto Alto Alto Alto Bajo Alto

Esto se verifica cuando un técnico realiza una prueba sobre este circuito, observa que la salida S va hacia ALTO cada vez que A o C se encuentran en ALTO, sin importar el nivel de B. El técnico toma una punta de prueba lógica para medir la condición en la que A = B = 0, C = 1 y se obtiene los resultados que se indican en la figura anterior. Todas las salidas de las compuertas NAND son correctas para los niveles presentes en sus entradas. Sin embargo, la compuerta EX – OR debería producir un nivel BAJO en la terminal de salida 3, ya que sus dos entradas tienen el mismo nivel, BAJO. Al parecer, Z1 – 3 permanece en ALTO, aunque las entradas traten de producir una salida BAJA. Existen varias posibles causas para explicar esta falla: 1. Una falla en algún componente interno de Z1 que impide la salida vaya hacia abajo. 2. Un cortocircuito externo hacia Vcc desde cualquier punto ubicado a lo largo de los conductores que están conectados al nodo X (indicado en el diagrama). 3. La terminal 3 de Z1 en cortocircuito interno con Vcc. 4. La terminal 5 de Z2 en cortocircuito interno con Vcc. 5. La terminal 13 de Z2 en cortocircuito interno con Vcc. Todas estas posibilidades, con excepción de la primera, ponen en cortocircuito el nodo X (y cualquier terminal de CI conectada a él) directamente con Vcc. Se puede emplear el siguiente procedimiento para aislar la falla, pero depende del equipo de pruebas con que se cuente: 1. Verificar los niveles de Vcc y tierra en las terminales apropiadas de Z1. Aunque es poco probable que la ausencia de cualquiera de ellos sea la causa por la que Z1 – 3 permanece en ALTO, es mejor llevar a cabo esta comprobación en cualquier CI que produzca una salida incorrecta. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL HCT


CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 2. Apagar la fuente de alimentación del circuito y buscar con el óhmetro un cortocircuito (resistencia menor que un ohm) entre el nodo X y cualquier punto conectado a Vcc (como Z1 – 14 o Z2 – 14). Si no encuentra evidencia de un cortocircuito, entonces pueden descartarse las últimas 4 posibilidades de la lista. Por lo tanto, es muy probable que exista una falla interna en Z1, y debe ser reemplazada. 3. Si en el paso anterior se muestra la presencia de un cortocircuito del nodo X hacia Vcc entonces se observa la tarjeta del circuito en busca de puentes de soldadura, pistas de cobre desprendidas, alambres no aislados que se encuentran haciendo contacto entre si y cualquier causa de cortocircuito externo hacia Vcc. El espacio entre las terminales 13 y 14 de Z2 es un lugar probable de puente de soldadura, si se encuentra el cortocircuito externo, éste debe removerse y luego verificar con el óhmetro que el nodo X ya no esté en cortocircuito con Vcc. 4. Si el paso anterior no revela un cortocircuito externo, y están tres posibilidades de cortocircuitos internos hacia Vcc en Z1 – 3, Z2 – 13, o Z2 – 5. Uno de ellos pone el nodo X en cortocircuito con Vcc.

Para determinar cual es la terminal implicada, en primer lugar se la desconecta del nodo X, una por una y volver a buscar el cortocircuito hacia Vcc después de cada desconexión. Cuando se desconecte la terminal que lo está provocando, el nodo X dejará de estar en cortocircuito con Vcc. La dificultad que se encuentre en el proceso de desconectar del nodo X cada terminal sospechosa depende de la forma en que esté construido el circuito. Si todos los CI se han montado sobre las bases todo lo que se necesita es sacar el CI de la base, doblar la terminal sospechosa y reponerlo en su lugar. Si los CI se han soldado sobre una tarjeta de circuito impreso, se cortará la pista que está conectada a la terminal (o cortar esta última) y repararla cuando haya terminado. Existe una técnica de detección de fallas que hace innecesario doblar terminales o cortar pistas cuando se trata de aislar cortocircuitos. Consiste en usar una herramienta denominada trazador de corriente para seguir el flujo de corriente por el cortocircuito. El trazador detecta los cambios en el campo magnético de la corriente alrededor del conductor con cortocircuito.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 3. CUESTIONARIO: 1.- Enumere los tres pasos básicos para detectar fallas en sistemas digitales 2.- Diga a qué se refieren las fallas internas en circuitos digitales 3.- Diga a qué se refieren las fallas externas en circuitos digitales 4.- Las señales mostradas en la figura siguiente son aplicadas al circuito, suponga que existe un circuito abierto interno en Z1-4. Diga que indicaría la punta lógica en Z1-4, que nivel de tensión existiría en dicho punto y realice un esquema de la forma que Ud piensa que tendrían las señales R y C. (Los CI’s son TTL)

RELOJ CARGA CORRIMIENTO

1

Z1

2

1

2

Z2

3

RELOJ

R

74LS04 74LS00

CARGA

3

Z1

4

74LS04 4

5

Z2

6

CORRIMIENTO

C

74LS00



74LS04

74LS157

74LS04

74LS147

74LS147

74LS47

SW

DISPLAY

SW

No 01

02 03 04

PZA

ORDEN DE EJECUCIÓN Diagramar y procesar placa de circuito impreso para circuito combinacional de aplicación. Montar y soldar componentes de circuito combinacional de aplicación en placa. Montar placa y accesorios en chasis de circuito combinacional de aplicación. Probar el funcionamiento circuito combinacional de aplicación.

CANT

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS Alicate de punta redonda. Alicate de corte diagonal. Cautín de 30 W 220v Fuente DC. Multímetro digital. Punta lógica.


IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITO COMBINACIONAL DE APLICACIÓN


MATERIAL HT



HOJA 1/1 2003

LISTA DE MATERIALES ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

UNID.DE CANTIDAD DESCRIPCIÓN MEDIDA Pieza 02 CI. Codificador de Decimal a BCD 02 Pieza CI. Puertas NOT Pieza 01 CI. Multiplexor de 2 a 1 4 bit’s Pieza 01 CI. Decodificador Pieza 01 Display ánodo común Pieza 01 Resistores de 2,2 K ¼ W 07 Pieza Resistores de 330R ¼ W 2 Cm 100 Placa Impresa Metros 100 Estaño 60/40 Gramos 200 Pasta para soldar Kg 0.5 Cloruro férrico Metros 1 Cable telefónico

CÓDIGO 74LS147 74LS04 74LS157 74LS47 -

CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Diagramar y procesar placa de circuito impreso para circuito combinacional de aplicación. Operación que consiste en diagramar la placa de circuito impreso a partir del diagrama del circuito combinacional de aplicación que en este caso corresponde a un circuito Indicador de Nivel Conductivo. (Figura No 1) PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Identificar circuito combinacional de aplicación. 5v 5v 1 2 3 4 5 6 7 8 9

16 14 A B C D 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

5v

2 4 6 8

16 2 3 5 6 11 10 14 13

7 5v

74LS147 11 12 13 1 2 3 4 5 10

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

1 3 5 74LS04 9

14 6 7 9

11 12 13 1 2 3 4 5 10

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

16 14 9 7 6 14

A B C D

1 3 5 74LS04 9

2 4 6 8

1 15

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

4

1Y

7

2Y

9

3Y

12

4Y

A/B G 74LS157 8

8 7


5v

2,2K

5v

5v

2

16

5v

7 1 2 6 4 5 3


A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

330R x 7 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

74LS47 8

DISPLAY

o

Figura N 1 2do Paso

Distribuir los componentes utilizados en el circuito de aplicación combinacional en función a la figura No 2 (Opcional) para la diagramación de la placa impresa.

3er Paso

Revisar modelo diagramado y taladrar placa impresa .

4to Paso

Transferir modelo diagramado a la placa impresa ya taladrada y procesar químicamente la placa impresa.

5to Paso

Limpiar placa impresa.



74LS04


74LS157

74LS04

74LS147

74LS147

74LS47

SW

DISPLAY

SW

Figura No 2



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Montar y soldar componentes de circuito combinacional de aplicación en placa. Operación que consiste en realizar el montaje de dispositivos electrónicos en la placa procesada anteriormente. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Verificar el buen estado físico de los componentes a través de una inspección visual. Así mismo verifique el estado de operación de los mismos utilizando un multímetro.

2do Paso

Doblar los terminales de los dispositivos en función a la distancia de los orificios.

3er Paso

Colocar los dispositivos en la placa y realizar la presentación de la misma verificando la disposición de éstos sobre la placa.

4to Paso

Proceda a soldar los componentes en el siguiente orden: • Resistores, terminales de potenciómetros e interruptores • Condensadores • Semiconductores discretos • Circuitos Integrados

5to Paso

Limpiar placa impresa utilizando acetona o thinner.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Montar placa y accesorios en chasis de circuito combinacional de aplicación. Operación que consiste en instalar la placa impresa en una caja metálica así como en realizar la interconexión de los dispositivos accesorios. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Instalar la placa impresa en caja metálica , teniendo la precaución de aislar correctamente dicha placa de la caja para encapsulado.

2do Paso

Interconectar dispositivos accesorios con la placa impresa e instalar dichos dispositivos en la caja para encapsulado. Nota: En este caso particular constituyen dispositivos accesorios a ser instalados en la caja para encapsulado: el interruptor, los terminales de alimentación, terminales de entrada para sensores de nivel y el display.

3er Paso

Por último realizar una inspección de las conexiones efectuadas.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES OPERACIÓN: Probar el funcionamiento del circuito combinacional de aplicación. Operación consiste en comprobar el funcionamiento del circuito de aplicación combinacional acabado y de ser necesario realizar los ajustes necesarios para su adecuado funcionamiento. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1er Paso

Ajustar la fuente de alimentación a 5v y alimente el circuito. Tenga la precaución de no superar la máxima especificación de tensión de alimentación, cuide además de aplicar la polaridad correcta.

2do Paso

Conecte los dispositivos sensores a las entradas del circuito.

3er Paso

Verifique que el dato visualizado corresponde a la entrada activada, cambiando la posición del interruptor A / B, verifique del mismo modo el funcionamiento del circuito.

4er Paso

De presentarse algún problema proceda según lo indicado en la HO: Detectar y reparar fallas en circuitos combinacionales.




PROYECTO DE CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES INTRODUCCIÓN El presente proyecto, constituye una aplicación de los conocimientos adquiridos durante la realización del módulo y servirá para afianzar los objetivos del mismo. 1. INDICADOR DE NIVEL PARA DOS TANQUES MULTIPLEXADO: El presente proyecto tiene la utilidad de indicar el nivel de agua en dos tanque de proceso utilizando para ello 9 electrodos en cada tanque dispuestos en diferentes niveles según muestra la figura siguiente:

S9

CIRCUITO COMBINACIONAL

DISPLAYADOR VISUALIZADOR

S4

Tanque 1

S3 S2 S1

S9

S4 S3

Tanque 2

S2 S1

Nueve detectores conductivos de nivel de agua son dispuestos a diferentes alturas a lo largo de cada tanque. Al hacer contacto con el agua en el tanque, cada electrodo proporciona un nivel lógico bajo, de lo contrario el nivel lógico proporcionado por el electrodo o electrodos será alto. Por ejemplo, si el nivel de agua en el tanque 1 está a la altura del electrodo S4, los niveles lógicos presentes en los electrodos del S1 al S9 serán 0,0,0,0,1,1,1,1,1. Así



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES mismo, si el nivel de agua en el tanque 2 está a la altura del electrodo S3, los niveles lógicos presentes en los electrodos del S1 al S9 serán 0,0,0,1,1,1,1,1,1. Para implementar el comportamiento anterior es necesario insertar un electrodo conectado a VCC, hasta el fondo del tanque (nivel lógico alto +5V TTL), de modo que al hacer contacto con el agua cada electrodo proporcionará un nivel lógico alto a un circuito como el siguiente , el cual proporcionará un nivel lógico bajo si su nivel lógico de entrada es alto y viceversa.

Un circuito combinacional constituido por dos codificadores de prioridad, un multiplexor de 2 a 1 de cuatro bits, un decodificador BCD a 7 segmentos y un visualizador, tiene la función de captar las señales provenientes de los sensores de nivel, convertirlas en código BCD, multiplexarlas y visualizarlas alternativamente mediante el accionamiento de un interruptor. 2. CIRCUITO ELECTRÓNICO DEL INDICADOR DE NIVEL MULTIPLEXADO: Las señales provenientes de los electrodos detectores de nivel de ambos tanques constituyen las entradas de dos circuitos codificadores de prioridad de decimal a BCD 74LS147, cuyas entradas y salidas son activas en nivel bajo, es decir se obtiene en su salida el código BCD negado correspondiente al electrodo detector de nivel de mayor prioridad activo en cada tanque. Un circuito negador 74LS04 conectado a las salidas de los 74LS147 proporciona una salida codificada en BCD, correspondiente al nivel de agua en cada tanque, estas señales codificadas en BCD son conectadas a un circuito multiplexor de 2 a 1 de cuatro bits 74LS157, el cual seleccionará una de las dos señales BCD aplicadas en sus entradas mediante la aplicación de un nivel lógico alto o bajo en su entrada de selección mediante un interruptor de selección y enviará dicho código hacia un visualizador. Un circuito de visualización constituido por un circuito decodificador de BDC a 7 segmentos 74LS47 y un display ánodo común permiten la visualización decimal del nivel de agua en ambos tanques pero de manera alternativa actuando sobre el interruptor de selección.



CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES 5v 5v 11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

16 14 A B C D 8

11 12 13 1 2 3 4 5 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

5v

2 4 6 8

16 2 3 5 6 11 10 14 13

7 5v

74LS147 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

1 3 5 74LS04 9

14 6 7 9

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

16 14 9 7 6 14

A B C D

1 3 5 74LS04 9

2 4 6 8

1 15

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

1Y 2Y 3Y 4Y

4 7 9 12

A/B G 74LS157 8

8 7


5v

2,2K

5v

5v

2

16

5v

7 1 2 6 4 5 3


A B C D E F G

13 12 11 10 9 15 14

330R x 7 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

74LS47 8

DISPLAY



PROPIEDAD INTELECTUAL DEL SENATI PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN Y VENTA SIN LA AUTORIZACIÓN CORRESPONDIENTE

CÓDIGO DE MATERIAL 0357

EDICIÓN JUNIO 2004

Circuitos Digitales Combinacionales

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