prÁctica 1: sistemas combinacionalesatc2.aut.uah.es/~frutos/fundamentos/laboratorio/pr1.pdf · de...

FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES LABORATORIO

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA UAH

GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA

PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES OBJETIVOS

ü Iniciar y familiarizar al alumno con su puesto de trabajo en el laboratorio y con el manejo de la instrumentación básica del mismo.

ü Iniciar y familiarizar al alumno con el manejo de sistemas combinacionales y su diseño:

§ Utilizando funciones booleanas, expresadas analíticamente o mediante tablas de verdad, manipulándolas mediante la aplicación de teoremas y postulados del álgebra de Boole y aplicando métodos de simplificación para su reducción.

§ Implementando sistemas combinacionales, conectando C.I. digitales de la forma más ordenada posible y comprobando su correcto funcionamiento práctico.

§ Depurando errores funcionales de los circuitos utilizando la instrumentación disponible en el laboratorio.

§ Utilizando algunos sistemas de visualización de datos. § Diseñando y/o buscando la solución más idónea, mediante pequeños

sistemas �combinacionales, para dar respuesta a las cuestiones propuestas.

CONCEPTOS PREVIOS

��El alumno debe conocer los conceptos estudiados en la parte teórica de la asignatura sobre circuitos lógicos básicos, tablas de verdad, métodos de simplificación de funciones y el funcionamiento de aquellas funciones integradas más representativas (multiplexores, decodificadores, comparadores, sumadores, etc.), además de la instrumentación necesaria, los principios básicos para el montaje de circuitos en una placa de inserción y la utilización de las hojas de datos necesarias.


PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES

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RECURSOS

�INSTRUMENTACIÓN þ Fuente de alimentación. � þ Multímetro digital. MATERIAL NECESARIO

� þ Común a todas las prácticas:

§ Placa de inserción. � § Alicates de punta plana. § Pelacables o tijeras de electricista. § Destornillador pequeño. § Carrete de hilo rígido del grosor adecuado para la placa de inserción.

þ En esta práctica:

§ C.I. 74LS00, 4 puertas NAND de 2 entradas. § 2 C.I. 74LS02, 4 puertas NOR de 2 entradas. § C.I. 74LS08, 4 puertas AND de 2 entradas. § C.I. 74LS32, 4 puertas OR de 2 entradas. § C.I. 74LS86, 4 puertas XOR de 2 entradas. § C.I. 74LS85, comparador de 4 bits. § C.I. 74LS83, sumador de 4 bits. § C.I. 74LS138, decodificado 3 a 8. § C.I. 74LS157, cuádruple multiplexor de 2 a 1. § 2 C.I. 74LS47, decodificador BCD 7 segmentos. § 2 Displays de ánodo común. § 12 Diodos led. § 4 Microinterruptores de 8 Microswitch. § Resistencias (20 unidades de 330 Ω y 20 de 1kΩ)

þ Siempre presente

§ Hojas de características: buscar en www.datasheetcatalog.com



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DESARROLLO

Para completar el siguiente desarrollo práctico dispones de 10 horas y debes realizarlo de manera ordenada, lo que facilitará su comprensión y el adecuado acompasamiento con la parte teórica de la asignatura.

Parte 1: Trabajando con puertas lógicas.

1.- Dado el diagrama de la figura 1 obtén la expresión analítica de la función que realiza.

Figura 1: Función lógica

f= Desde la expresión para la función obtenida en el punto anterior completa la siguiente tabla:

A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

Implementa la función con puertas y comprueba que cumple la tabla de verdad deducida teóricamente.

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combinacionales.pdsprj05/07/2013

@AUTHOR

C:\Users\JoséAntonio\Documents\combinacionales.pdsprjPATH: 1 of 1

REV: @REV TIME: 13:09:14

DESIGN TITLE: combinacionales.pdsprj

A B C D E F G H J K

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a

cb

f

c+a

a+b

fac

b

abac



4

Simplifica la función mediante el método de Karnaugh e implementa la función simplificada. Completa la tabla siguiente rellenando con un ‘1’ el valor de la función si el led está encendido y con ‘0’ si está apagado.

f =

A B C f1s 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

bc

a00 01 11 10

00 1 3 2

14 5 7 6



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2-. Para la función f dada mediante el circuito lógico de la figura 2, obtén su expresión analítica, completando las anotaciones que faltan sobre la figura.

Figura 2: Función f implementada con puertas NOR

f= Desarrolla la expresión obtenida en el punto anterior, aplicando para ello el teorema de Morgan, hasta obtener una expresión de la función expresada en su primera forma canónica (suma de minterms)

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BY:

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PAGE:

pr1_2.pdsprj15/10/2015

@AUTHOR

C:\Users\JoséAntonio\Documents\pr1_2.pdsprjPATH: 1 of 1


DESIGN TITLE: pr1_2.pdsprj

A B C D E F G H J K

A B C D E F G H J K

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a

cb

f

a+b

a+b



6

Implementa la función con puertas y comprueba que cumple la tabla de verdad deducida teóricamente.

Simplifica la función mediante el método de Karnaugh e implementa la función simplificada. Completa la tabla siguiente rellenando con un ‘1’ el valor de la función si el led está encendido y con ‘0’ si está apagado.

f =

A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

bc

a00 01 11 10

00 1 3 2

14 5 7 6

A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1



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3.- Diseña un circuito, con puertas lógicas, que funcione de la siguiente forma: Su entrada proviene de una transmisión paralelo de informaciones numéricas codificadas en binario con 3 bits y transmitidas con paridad impar. Su salida detectará con un nivel alto si la información que recibe el circuito contiene algún error.

En ocasiones para comprobar que una transmisión es correcta se añaden a los bits que llevan información otros que no la llevan, bits redundantes. En este diseño a los tres bits que llevan información se le añade otro, que no la lleva, y que hace que las configuraciones transmitidas, 4 bits, tengan todas un número impar de unos. Por ejemplo para la configuración binaria 000 se hace que el bit de paridad sea 1 y así la configuración enviada 1000 ya tiene un número impar de unos.

Por tanto la función de salida tiene que detectar cuando en los 4 bits de entrada hay un número par de unos, caso en el que se habrá producido un error.

Sabiendo que una puerta OR_EXCLUSIVA da salida 1 cuando el número de unos en su entrada es impar realizar el circuito usando puertas OR_EXCLUSIVA de dos entradas.



GRADO EN INGENIERIA INFORMÁTICA

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5

7) Diseña un circuito, con puertas lógicas, que funcione de la siguiente forma: Su entrada

proviene de una transmisión paralelo de informaciones numéricas codificadas en binario con

3 bits y transmitidas con paridad impar. Su salida detectará con un nivel alto si la información

que recibe el circuito contiene algún error.

En ocasiones para comprobar que una transmisión es correcta se añaden a los bits que

llevan información, otros, que no la llevan, bits redundantes. En este diseño a los tres bits

que llevan información se le añade otro, que no la lleva, y que hace que las configuraciones

transmitidas, 4 bits, tengan todas un número impar de 1. Por ejemplo para la configuración

binaria 000 se hace que el bit de paridad sea 1 y así la configuración enviada 1000 ya tiene

un número impar de 1.

Por tanto la función de salida tiene que detectar cuando en los 4 bits de entrada hay un número par de 1, caso en el que se habrá producido un error. Completa el diseño, obteniendo la función f y dibuja el circuito con puertas

OR_EXCLUSIVA.



8

Implementa el circuito obtenido. Comprueba su funcionamiento práctico, y refleja éste funcionamiento, mediante la tabla de verdad representativa del mismo.

Bp A B C f 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1



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Parte 2: Trabajando con funciones integradas. 4.- Inyectando los niveles indicados a sus entradas y observando el comportamiento de sus salidas, completa de forma experimental la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS85 representado en la siguiente figura.

Figura3:CI74LS85

entradas salidas

a>b a=b a<b Número A A3 A2 A1 A0

Número B B3 B2 B1 B0

a>b a=b a<b

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0

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a

cb

f

c+a

a+b

fac

b

abac

A110

S19

A28

S26

A33

S32

A41

S415

B111

B27

B34

B416

C013

C414

74LS83

A010

A112

A213

A315

B09

B111

B214

B31

A<B2

QA<B7

A=B3

QA=B6

A>B4

QA>B5

74LS85

A1

B2

C3

E16

E24

E35

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

74LS138

1A2

1Y4

1B3

2A5

2Y7

2B6

3A11

3Y9

3B10

4A14

4Y12

4B13

A/B1

E15

U16

74LS157



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5.- Realiza las mismas operaciones para completar la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS83.

Figura4:CI74LS83

entradas salidas

C0 Número A

A4 A3 A2 A1

Número B B4 B3 B2 B1

C4 Suma

S4 S3 S2 S1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0

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a

cb

f

c+a

a+b

fac

b

abac

A110

S19

A28

S26

A33

S32

A41

S415

B111

B27

B34

B416

C013

C414

74LS83

A010

A112

A213

A315

B09

B111

B214

B31

A<B2

QA<B7

A=B3

QA=B6

A>B4

QA>B5

74LS85

A1

B2

C3

E16

E24

E35

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

74LS138

1A2

1Y4

1B3

2A5

2Y7

2B6

3A11

3Y9

3B10

4A14

4Y12

4B13

A/B1

E15

U16

74LS157



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6.- Actúa de igual manera y realiza las mismas operaciones para completar la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS138.

Figura4:CI74LS138

Entradas salidas E1 E2 E3 C B A Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0

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7

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a

cb

f

c+a

a+b

fac

b

abac

A110

S19

A28

S26

A33

S32

A41

S415

B111

B27

B34

B416

C013

C414

74LS83

A010

A112

A213

A315

B09

B111

B214

B31

A<B2

QA<B7

A=B3

QA=B6

A>B4

QA>B5

74LS85

A1

B2

C3

E16

E24

E35

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

74LS138

1A2

1Y4

1B3

2A5

2Y7

2B6

3A11

3Y9

3B10

4A14

4Y12

4B13

A/B1

E15

U16

74LS157



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7.- De igual forma, completa experimentalmente la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS157.

Figura5:CI74LS157

entradas salidas E A/B 1A 2A 3A 4A 1B 2B 3B 4B 1Y 2Y 3Y 4Y 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1

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New Project.pdsprj09/12/2015

@AUTHOR

A B C D E F G H J K

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DESIGN TITLE: New Project.pdsprj

1A2

1Y4

1B3

2A5

2Y7

2B6

3A11

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3B10

4A14

4Y12

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E15

74LS157



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8.- En base a las funciones integradas 74LS157 (multiplexor de 2 canales de 4 bits cada uno), 74LS85 (comparador de 2 números de 4 bits cada uno), 74LS47 (decodificador excitador BCD-7 segmentos) y las puertas lógicas que se consideren necesarias, diseña un circuito lógico mínimo que ante 2 números de entrada (codificados en BCD con 4 bits) visualice sobre un display de ánodo común el mayor de ambos. Implementa dicho diseño y comprueba su correcto funcionamiento práctico.

Puedes utilizar la siguiente figura como apoyo para el diseño:

Figura6:Diseño1

?????

CCT002

A7

QA13

B1

QB12

C2

QC11

D6

QD10

BI/RBO4

QE9

RBI5

QF15

LT3

QG14

7447

A010

A112

A213

A315

B09

B111

B214

B31

A<B2

QA<B7

A=B3

QA=B6

A>B4

QA>B5

7485

b0b1b2b3

a0a1a2a3

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4Y12

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A/B1

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74157



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ANEXO Antes de llevar a cabo los montajes requeridos, debes familiarizarte con la placa de inserción y los sistemas de visualización y suministro de estímulos a los circuitos implementados. En este sentido los siguientes consejos te serán de ayuda.




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ANEXO 1 Antes de llevar a cabo los montajes requeridos, debes familiarizarte con la placa de inserción y los sistemas de visualización y suministro de estímulos a los circuitos implementados. En este sentido los siguientes consejos te serán de ayuda.

Figura 1: Asignando valores a las variables de entrada mediante microswitch y visualizando el valor de la función lógica de salida

mediante diodos led

Figura 2: Tabla Figura 3: Microswtch con los pines adecuados para la placa de inserción

Figura 4: Detalle de un circuito lógico montado en una placa de inserción

Figura 5: Detalle de la unión de los puntos en una placa de inserción



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Figura 6: Detalle de la inserción en la placa de C.I. Figura 7: Detalle de la alimentación de un C.I.