Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica

Universidad Nacional de Ingeniera Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica

Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica

LABORATORIO SISTEMAS DIGITALES IEE-635N

1er Laboratorio Algebra de Boole

Integrantes: BERROCAL COTAQUISPE Eder 20100233A GOMEZ VARGAS Jorge Luis 20102099K

Profesor: Ing. ROMERO GOYTENDIA Luis Miguel

2013-II

ALGEBRA DE BOOLEEXPERIENCIA #1

I. Objetivo.

1. Identificar los circuitos integrados de tecnologa digital.

2. Comprobar el funcionamiento de los circuitos integrados TTL y CMOS.

3. Uso del manual de circuitos integrados y la terminologa empleada.

II. Fundamento terico.

1. Familias lgicas de los circuitos integrados

Una familia lgica es un conjunto de componentes digitales que comparten una tecnologa comn de fabricacin y tienen estandarizadas sus caractersticas de entrada y salida, es decir, son compatibles unos con otros.

Como consecuencia de la estandarizacin, la interconexin entre dispositivos lgicos de una misma familia es particularmente sencilla y directa, no requiere de etapas adicionales de acoplamiento.

1.1. Familia de los TTL

La familia lgica TTL es quizs la mas antigua y comn de todas las familias lgicas de circuitos integrados digitales. La mayor parte de los chips SSI y MSI se fabrican utilizando tecnologa TTL.

Los circuitos integrados TTL implementan su lgica interna, exclusivamente a base de transistores NPN y PNP, diodos y resistencias.

La primera serie de dispositivos digitales TTL fue lanzada por Texas Instruments en 1964. Los chips TTL se usan en toda clase de aplicaciones digitales, desde el mas sencillo computador personal hasta el mas sofisticado robot industrial. Los circuitos TTL son rpidos, verstiles y muy econmicos.

La familia TTL est disponible en dos versiones: la serie 54 y la serie 74, la primera se destina a las aplicaciones militares y la segunda a aplicaciones industriales y de propsito general. La familia TTL o bipolar se divide en las siguientes categoras o subfamilias bsicas:

TTL STANDART. TTL SHOTTKY (S). TTL DE BAJA POTENCIA (L). TTL SHOTTKY DE BAJA POTENICA (LS). TTL DE ALTA VELOCIDAD (H). TTL SHOTTKY AVANZADO (AS). TTL SHOTTKY DE BAJA POTENCIA AVANZADA (ALS).

Otra familia bipolar muy popular es la ECL (lgica de emisor acoplado). Los dispositivos de esta familia se caracterizan por su rapidez, pero consumen mucha potencia, son costosos y su manufactura es relativamente compleja. Su uso se limita a aplicaciones de muy alta velocidad.

1.2. Caracterstica de los circuitos integrados TTL

Las caractersticas que mas se notan de los circuitos integrados de la familia TTL, los estndares son los siguientes:

Alta velocidad de operacin. Pueden trabajar con frecuencias de 18MHz a 20MHz. La velocidad de operacin se expresa casi siempre en trminos del tiempo o retardo de propagacin del C.I.

El tiempo o retardo de propagacin de un circuito digital es el tiempo que toma un cambio lgico en la entrada en propagarse a travs del dispositivo y producir un cambio lgico en la salida.

Los tiempos de propagacin en TTL normalmente del orden de 2 a 30 nanosegundos por compuerta. Alta disipacin de potencia, es una desventaja asociada con la alta velocidad de operacin. En general, cuanto mas rpido sea un circuito, mas potencia consume y viceversa. La mayora de los circuitos TTL disipan tpicamente, de 1 a 25 mw por compuerta.

Tensin de alimentacin nominal de +5V. Los circuitos TTL en general pueden operar con tenciones de CC entre 4.75 V y 5.25V, pero el valor nominal de la tensin de trabajo es +5V, por esta razn, los aparatos que incluyen circuitos integrados TTL se deben alimentar con una fuente regulada de 5V. El mximo voltaje positivo que puede aplicarse a una entrada TTL es +5.5V y el mximo negativo es -0.5V, al excederse estos parmetros, los dispositivos TTL generalmente se destruyen.

III. Materiales y configuracin a emplearse en la experiencia.

1. Materiales.

NOMBRECANTIDAD

Fuente de alimentacin regulada variable +5VDC1

Protoboard2

Alicate de punta1

Cable telefnico para conexiones----------

Resistencia de 330----------

Diodos LED-----------

2. Circuitos integrados.

CANTIDADCODIGOFAMILIADESCRIPCION

674LS00TTLNAND de dos entradas

674LS02TTLNOR de dos entradas

574LS04TTLNOT INVERSOR

474LS08TTLAND de dos entradas

374LS32TTLOR de dos entradas

374LS86TTLOR EXCLUSIVO

37401TTLNAND de dos entradas O.C.

37405TTLHex INVERSOR O.C.

37409TTLAND de dos entradas O.C.

37433TTLNOR BUFFER O.C.

374125TTLBUFFER TRI STATE

374126TTLBUFFER TRI STATE

2555TIMER

IV. Procedimiento.

1. Del manual de C.I. defina lo siguiente:

1.1. Niveles lgicos TTL.

En los circuitos digitales es muy comn referirse a las entradas y salidas que estos tiene como si fueran altos y bajos, es decir niveles lgicos altos o bajos. A la entrada se le asocia el nivel alto, es decir 1 y a la salida se le asocia un nivel bajo, es decir 0.

Los diferentes circuitos integrados trabajan con valores de entrada y salida que varan de acuerdo a la tecnologa del circuito integrado, por ejemplo:

Nivel de tensinTTLHC

Bajo (0)0v 0.8v0v 1v

Alto (1)2v 5v3.5v 5v

1.2. Niveles lgicos CMOS.

Cuando las salidas CMOS manejan solo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida puede estar muy cercanos a 0v para el estado bajo, y a VDD para el estado alto. Esto es resultado directo de la alta resistencia de entrada de los dispositivos CMOS, que extrae muy poco corriente de la salida a la que est conectada.

De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD =5v, acepta voltaje de entrada menor que VIL(max)=1.5v como bajo y cualquier voltaje de entrada mayor que VIL(min)=3.5v como alto.

VOL(max)0v

VOL(max)VDD

VOL(max)30%VDD

VOL(max)70%VDD

1.3. Inmunidad al ruido.

Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagntico ambiental. La inmunidad al ruido es una consideracin importante en el diseo de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos como automviles, maquinas, circuitos de control industrial, etc.

1.4. Margen de ruido.Es el lmite de tensin de ruido admisible a la entrada del elemento lgico, sin registrar cambios en el estado de la salida. Existen dos mrgenes de un ruido, uno para el estado lgico uno y otro para el estado lgico cero.

1.5. Disipacin de potencia.

Es la potencia suministrada necesaria para operar la compuerta, este parmetro se expresa en milivatios (mW) y representa la potencia real designada por la compuerta. Un C.I. con cuatro compuertas exigir de la fuente cuatro veces la potencia disipada por cada compuerta. En un sistema dado puede haber muchos circuitos integrados y sus potencias deben tenerse en cuenta. El poder total disipado en un sistema es la suma total del poder disipado de todos los C.I.

1.6. Retardo de propagacin.

Es el tiempo promedio de demora en la transicin de propagacin de una seal de la entrada a la salida, cuando las seales binarias cambian de valor. Se expresa en nanosegundos (ns). Las seales que viajan de las entradas de un circuito digital a las salidas pasan por una serie de compuertas. La suma de las demoras de propagacin a travs de las compuertas es la demora de la propagacin del circuito.

1.7. Producto velocidad-potencia.

Esta medida es slo til en CMOS ya que es la nica familia lgica (de las dos estudiadas) cuyo consumo depende de la velocidad (frecuencia) de operacin. En TTL este producto es constante respecto de la velocidad. Si se indica es para poder comparar CMOS y TTL. El producto velocidad-potencia se mide tpicamente en pico-Julios (pJ).2. Obtener la curva de transferencia de la puerta NAND a partir del C.I. 74LS00.

3. Utilizando el manual de C.I. TTL, verificar en el laboratorio la lgica del funcionamiento de los siguientes C.I. verificando su tabla de funcionamiento.

74LS00 NAND de dos entradas

ABX

01001

02011

03101

04110

74LS02 NOR de dos entradas

ABX

01001

02010

03100

04110

74LS04 NOT

BX

0101

0210

74LS08 AND de dos entradas

ABX

01000

02010

03100

04111

74LS32 OR de dos entradas

ABX

01000

02011

03101

04111

74LS86 OR-EXCLUSIVO

ABX

01000

02011

03101

04110

4. Implementar en el laboratorio el circuito lgico mostrado y haciendo uso de una tabla de combinaciones hallar el valor de f(w,x,y,z).

Salida simplificada

5. Obtener la curva de trasferencia de la puerta mostrada en el osciloscopio.

6. Implementar en el laboratorio el circuito lgico mostrado en la figura, llenar una tabla de combinaciones y determinar S y C. Contrastar los valores tericos y prcticos.

Salida SSalida C

Ecuaciones lgicas:Salida C:Salida S:

Tabla lgica:

ABCSC

000000

100110

201010

301101

410010

510101

611001

711111

V. Conclusiones

1. Se observa que en el uso del integrado se debe de tener un cuidado en la proteccin de las diversas conexiones de sus pines para que puedan desarrollar adecuadamente las propiedades intrnsecas de diseo, por lo cual se debe de implementar un sistema de proteccin a travs de las resistencias en el DIP SWITCH como lo muestra la ltima grafica de la gua de laboratorio.

2. Es importante la adecuada calibracin de la fuente de alimentacin para la polarizacin de los circuitos integrados, ya que al ser su mecanismo de funcionamiento de tipo TTL, es importante observar cuales son sus valores lmites para el adecuado funcionamiento segn diseo, y de este modo no exista un error en el senso que realizara el circuito integrado segn si su entrada es cero o uno.

3. En los anlisis en donde se requiere el uso del osciloscopio para el anlisis de su salida en frecuencia o ganancia, se observ que el diseo de los circuitos lograron alcanzar en gran performance el nivel de simulacin del circuito realizado en MultiSim, cabe resaltar que este hecho ha sido en gran manera posible por el tipo de cable que se utiliz en el diseo del circuito, ya que no se sigui el consejo que se dio en la gua sobre estos conectores sino que se opto por el uso de cables de tipo niquelado.

4. Se ha constatado que para la implementacin de los diferentes circuitos pedidos en la presente experiencia se uso como fuente de alimentacin un cargador de celular que fue previamente preparado para el uso del mismo en el protoboard, pudiendo observar que otorgo una fuente estable de alimentacin, sin grandes cadas en su valor inicial al ser conectado a un determinado circuito.

5. Se ha visto sumamente adecuado el detalle del uso de una punta digital, la cual se confeccionada segn el diseo propuesto por la gua del presente laboratorio, ya que en las ocasiones en donde se presentaron alguna deficiencia en el funcionamiento del circuito, esta herramienta sirvi para poder despejar y centralizar los problemas de conexin que se podran a ver dado y por lo cual el circuito no operaria de la manera esperada.

Laboratorio de Sistemas Digitales I EE635M- 16 -