CÓDIGO : TEAF412

SECCIÓN : IV - 509

ALUMNOS :

Reto Paz Arnold

Olazabal Farias Manuel

Boris

Rios Rios Juan

DOCENTE : ING. CARLOS E. ARELLANO RAMIREZ

PRÁCTICA DE LABORATORIO: ENSAYO DE COMPUERTAS

LÓGICAS

OBJETIVOS

Conocer algunos términos básicos de las características de los circuitos integrados digitales

TTL - CMOS y realizar prácticas para demostrar estos conceptos.

Conocer mediante el ensayo el funcionamiento lógico de las distintas compuertas digitales

Implementar circuitos para su ensayo

Analizar los resultados experimentales

FUNDAMENTO TEORICO

Para la construcción de un circuito digital con lógica TTL hay que tener presente algunos

conceptos básicos como:

TTL, o lógica de transistores (transistor-transistor logic), tiene una lista extensa de funciones

digitales y es comúnmente la familia lógica más popular. Además de la familia TTL, existen

otras como la ECL, CMOS. Los circuitos integrados TTL se distinguen comúnmente por la

designación numérica tal como la serie 5400 y 7400. La designación numérica de la serie 7400

implica que los circuitos integrados están numerados 7400, 7401, 7402 etc. Existen otros

fabricantes que le dan otra designación numérica como 9000 y 8000.

La señal binaria a la entrada o salida de cada compuerta puede tener uno de dos valores. El

valor de una señal representa lógica 1 y el otro lógica 0, es decir existen dos tipos de señales

asignadas.

Las hojas técnicas de especificaciones de datos de los circuitos integrados definen funciones

digitales no en términos de lógica 1 o lógica 0 sino en términos de niveles H y L. En la tabla

siguiente se listan los voltajes de nivel alto (H, high) y nivel bajo (L, low) para tres familias de

circuitos integrados lógicos digitales. En cada familia hay un rango de valores de voltaje que el

circuito puede reconocer como nivel alto o nivel bajo. El valor típico es el que se usa más

comúnmente. La tabla da además los voltajes de suministro como referencia para cada familia.

TTL tiene valores típicos de H=3.5 voltios y L=0.2 voltios.

Características de las familias de CI lógicos.

Fan-out es el número máximo de entradas que pueden conectarse a la salida de la compuerta y

se expresa con un número.

Disipación de potencia es la potencia suministrada necesaria para operar una compuerta.

Retardo de propagación es el tiempo promedio de demora en la transición de programación de

una señal de la entrada a la salida, cuando las señales binarias cambian de valor.

Margen de ruido es el máximo voltaje de ruido agregado a la señal de entrada de un circuito

digital que no acuse un cambio indeseable, a la salida del circuito.

El circuito básico de la familia lógica TTL, es la compuerta NAND. Hay muchas versiones de

TTL de las cuales se listan tres en la tabla siguiente. Esta tabla da las características generales

de las familias de CI lógicos. Los valores listados son representativos con base en la

comparación. Para cualquier familia o versión los valores pueden variar.

Tipo de familia Voltaje de Nivel alto de voltaje (V) Nivel bajo de voltaje (V)

de CI fuente (V) Rango Típico Rango Típico

TTL Vcc = 5 2.4 - 5 3.5 0 - 0.4 0.2

ECL VEE = -5.2 -0.95 - -0.7 -0.8 -1.9 - -1.6 -1.8

CMOS VDD = 3-10 VDD VDD 0 - 0.5 0

La compuerta TTL normalizada fue la primera versión de esta familia. Luego se insertaron

mejoras como es la reducción de la demora de propagación y apareció la TTL Schottky.

Recomendaciones para la implementación de circuitos digitales

Para tener un circuito lógico que funcione correctamente es necesario que el diseño sea

implementado correctamente y además cumpla con algunos requerimientos:

El voltaje de alimentación (Vcc) no debe exceder de 5.25V, ni descender de 4.75V.

Las entradas no deben exceder ni ser inferiores que Vcc.

Las entradas TTL no conectadas por lo general toman un nivel alto, por lo tanto coloque a

estas entradas tierra para que tomen un nivel bajo.

Utilizar por lo menos un condensador de 0.1uF por cada 5 a 10 CI de compuertas, para

evitar los picos de voltaje o corriente.

Evitar cables largos, cables sobre los CI y enredos dentro de los circuitos.

No colocar excesivas entradas TTL a la salida de una compuerta.

Diodo Emisor de Luz (LED)

El LED emite luz cuando está polarizado directamente y está apagado cuando se polariza

inversamente. Para la protección del LED y del integrado, este se conecta en serie con una

resistencia de 220 para limitar la corriente (20mA).

Familia de Fan-out Disipasión de Demora de Margen de

CI lógico potencia en (mW) propagación (ns) Ruido (V)

TTL normalizado 10 10 10 0.4

TTL Schottky 10 22 3 0.4

TTL Schottky de

baja potencia 20 2 10 0.4

ECL 25 2.5 2 0.2

CMOS 50 0.1 25 3

Display de 7 segmentos.

El display comúnmente posee 7 segmentos (a, b, c, d, e, f, g), además de un punto decimal (PT),

¿a qué se llama display de ánodo común?, este display como su nombre lo indica, es el que

tiene conectado el ánodo común de todos los diodos (de a – g y PT), dejando el cátodo libre

para que sea excitado. Para que uno de los segmentos se encienda, el punto de ánodo común se

conecta a Vcc, y el cátodo libre se conecta a tierra. Para el caso del display de cátodo común,

para que se encienda un segmento se conecta el punto común a tierra y el ánodo se conecta a

Vcc.

MATERIALES Y EQUIPOS

Compuertas Lógicas

Diodos LED Resistencias

Fig. N° 1 – 74LS32 Fig. N° 2 – 74LS08

Fig. N° 3 – 74LS04Fig. N° 4 – 74LS02

Fig. N° 5 – 74LS00

Fig. N° 6 – Diodos LED (Azul, Amarillo y Rojo)

Fig. N° 7 – Resistencia 220

Fuente de alimentación

Multímetro Protoboard

Cablecillos

Fig. N° 8 – Fuente de Alimentación de 5 Voltios

Fig. N° 9 – Fuente de Poder

Fig. N° 9 – Multímetro

Fig. N° 10 – Protoboard

Fig. N° 11 – Cable para el Protoboard

PROCEDIMIENTO

a. Ensayar las compuertas lógicas demostrando su tabla de verdad

b. En los CI TTL dejar las entradas flotantes y observar que pasa con la salida Vo, medir

con el Multímetro el valor de tensión en dichas entradas.

c. Implementar el ejercicio propuesto por el profesor y verificar el cumplimiento de la

tabla de verdad del sistema.

DESARROLLO

a. Compuertas OR (Suma)

Compuertas NOR (Suma Negada)

A B S = A + B

0 0 0

0 1 11 0 1

1 1 1

A B S = A+B0 0 1

0 1 01 0 0

1 1 0

Compuertas AND (Multiplicación)

Compuertas NAND (Multiplicador Negado)

Compuertas NOT (Negación/Inversión)

A B S = A x B

0 0 0

0 1 01 0 0

1 1 1

A B S = A x B0 0 1

0 1 11 0 1

1 1 0

A S = A0 1

1 0

CUESTIONARIO

1. ¿Qué significa SSI, MSI, LSI, VLSI y porqué se les llama así?

2. A que compuertas pertenecen las siguientes series: 7408, 7432, 7404, 7400, 7402, 7410,

7420, 7430 y 7486

3. ¿Qué es Retardo de Propagación, Dar ejemplos para TTL y CMOS??

4. ¿Qué es consumo de Potencia para un CI. Dar ejemplos para TTL y CMOS?

DESARROLLO

1. SSI (Short Scale Integration).- integración a pequeña escala. Circuitos integrados de menor complejidad que los de integración a mediana escala

MSI (Integración a mediana escala).- Un concepto bajo el cual un subsistema completo o las funciones de un sistema se fabrican como un solo microcircuito. El subsistema o sistema son menores que los considerados para LSI, pero ya sea digital o lineal, contienen 12 o más compuertas equivalentes, o circuitos de complejidad similar.

LSI (Large Scale Integration): A esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de 100 puertas lógicas (lo cual conlleva unos 1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad de bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador.

VLSI (Very Large Scale Integration) de 1000 a 10000 puertas por circuito integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados y para desplazar definitivamente la tecnología de los componentes aislados y dan inicio a la era de la miniaturización de los equipos apareciendo y haciendo cada vez más común la manufactura y el uso de los equipos portátiles.

2. 7408 Compuerta AND7432 Compuerta OR7404 Compuerta NOT7400 Compuerta NAND7402 Compuerta NOR7410 Compuerta NAND7420 Compuerta NAND7430 Compuerta NAND 8 7486 Compuerta NAND

De la figura se puede apreciar que: TTL

La salida de la compuerta es directamente uno de los “colectores” con que está construida la compuerta

Es necesaria una resistencia de “carga” a la salida para poder tener una respuesta de la compuerta

La compuerta requiere de una fuente para el correcto funcionamiento de la compuerta

El voltaje de salida no depende de la fuente de alimentación de la compuerta

3. El retardo de Programación.- es la entrada o salida de cualquier sistema digital puede tener uno de dos estados en cualquier momento dado: 0 o 1. Cuando hay actividad en el sistema, el estado de una entrada o salida puede variar.

4. Estos CI’s se caracterizan por su extremadamente bajo consumo de potencia, ya que se fabrican a partir de transistores MOSFET los cuales por su alta impedancia de entrada su consumo de potencia es mínimo.

Estos CI’s se pueden clasificar en tres subfamilias:

Familia Rango de tensión Consumo potencia Velocidad

estándar (4000) 3 – 15 V 10 mW 20 a 300 ns

serie 74C00 3 – 15 V 10 mW 20 a 300 ns

serie 74HC00 3 – 15 V 10 mW 8 a 12 ns

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

http://en.wikipedia.org/wiki/Server_Side_Includes

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/ESCALAS-INTEGRACION-

CIRCUITOS-LOGICOS-SSI-MSI-LSI.php