Circuitos Digitales: Circuitos Integrados y Compuertas Lógicas

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO
VILLARREAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRONICA E
INFORMÁTICA
CURSO:
CIRCUITOS DIGITALES I
TEMA:
CIRCUITOS INTEGRADOS Y COMPUERTAS LOGICAS
DOCENTE:
ING. ROSALES FERNANDEZ JOSE HILARION
ALUMNNOS:
ASPAUZA SOTO ADRIANA DENISSE
CHAVEZ PAUYAC BRYAN ALEXANDER
JARAMILLO TORIBIO ERICK SEBASTIAN
LIBERATO PARCO KENET JAVIER
CICLO:
“3°” CICLO
2022
I.
COMPENDIO TEORICO
Circuito integrado:
también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas
dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos
milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos
electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro
de un encapsulado plástico o de cerámica.1 El encapsulado posee conductores
metálicos apropiados para hacer conexión entre el circuito integrado y un
circuito impreso.
Circuitos integrados de lógica programable:
Los dispositivos lógicos programables pueden programarse para que el
fabricante o el usuario pueda llevar a cabo funciones lógicas específicas. Una
ventaja de la lógica programable frente a la lógica fija es que los dispositivos
utilizan menos espacio de la tarjeta de circuito impreso para una cantidad
equivalente de lógica. Otra ventaja es que, con la lógica programable, los
diseños se pueden modificar fácilmente sin tener que recablear o reemplazar
componentes. Además, generalmente un diseño lógico se puede implementar
más rápidamente y con menos coste utilizando circuitos lógicos programables
en lugar de los CI de función fija.
Los niveles lógicos:
Son las tensiones empleadas para representar un 1 y un O. En el caso ideal,
un nivel de tensión representa un nivel ALTO y otro nivel de tensión representa
un nivel BAJO. Sin embargo, en un circuito digital real, un nivel ALTO puede
ser cualquier tensión entre un valor mínimo y un valor máximo especificados.
Del mismo modo, un nivel BAJO puede ser cualquier tensión comprendida
entre un mínimo y máximo especificados
Los circuitos digitales:
Están diseñados para producir voltajes de salida que se encuentran dentro de
los intervalos de voltaje prescritos para 0 y 1. Están diseñados para responder
en forma predecible a los voltajes de entrada que se encuentran dentro de los
intervalos definidos de 0 y 1. Esto significa que un circuito digital responderá de
igual forma a todos los voltajes de entrada que se encuentren dentro de los
valores permitidos para 0; de manera similar, no habrá distinción entre los
voltajes de entrada que se encuentren dentro del intervalo permitido para 1
Compuertas lógicas:
Son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se
encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como
resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones
lógicas binarias. Estas compuertas se pueden aplicar en otras áreas como
mecánica, hidráulica o neumática. Existen diferentes tipos de compuertas, con
la posibilidad de ser simuladas por compuertas más sencillas. Todas estas tienen
tablas de verdad que explican los comportamientos de los resultados que otorga,
dependiendo de valor booleano que tenga cada una de sus entradas.
II.
RESULTADOS DE LA PRACTICA
Los componentes utilizados para la elaboración del funcionamiento de las
compuertas lógicas
son:










01VSOURCE (generador)
01 74LS00 (NAND de 2 entradas)
01 74LS02 (NOR)
01 74LS04 (NOT)
01 74LS08 (AND de 2 entradas)
01 74LS32 (OR)
01 74LS86 (OR exclusive)
01 LED-GREEN
01 10WATT2R2 (Resistencia de 330 ohm)
01 GROUND (Conexión a tierra)
Con respecto al NAND:
Para verificar cómo es el funcionamiento de la compuerta lógica NAND (U1:A
en la figura)se
le conectó a cada una de sus entradas interruptores que se encargarán de dar
paso a la
electricidad y las cuales estarán conectadas a de la siguiente manera: los polos
superiores los
tomaremos como positivos y estarán conectados al polo positivo del generador
VSOURCE
(V1 en la figura). El generador producirá una diferencia de potencial de 5V, la
salida del
generador estará conectada a tierra. Desde la salida de la compuerta lógica se
conectará una
resistencia 330 ohm 10WATT2R2 (R1 en la figura) y esta última al polo
negativo de un led
LED-GREEN (D1 en la figura). El polo positivo del led estará conectado al polo
negativo del
generador
De esta manera para demostrar el funcionamiento de la compuerta basta con
ejecutar el programa e ir alternando los interruptores para definir si pasa o no la
energía a las entradas de la compuerta NAND, un interruptor o switch orientado
hacia arriba dejará pasar la energía de 5V y nos representará un 1 en nivel
lógico, un interruptor orientado hacia abajo no dejará pasar la energía y nos
representará un O en nivel lógico. Por lo tanto, si dejamos dos interruptores
orientados hacia abajo los dos niveles lógicos serán O y la salida de la
compuerta será un nivel lógico alto encendiendo el led. Si el led está encendido
representará un 1 y está apagado será un O. Si dejamos un interruptor
orientado hacia arriba y otro hacia abajo, entonces eso nos representará un 1 y
O respectivamente. Por lo que la salida será un nivel alto. lo cual hará que el
led encienda. Y, por último, si orientamos los dos interruptores hacia arriba nos
representará dos entradas con 1 en ambas, ocasionando que la salida sea O y
que el led no encienda.
TABLA NAND:
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A.B
1
1
1
0
CON RESPECTO AL NOR:
Los elementos utilizados en este circuito salvo la compuerta lógica NOR son
los mismo que en el circuito NAND y conectados de la misma manera.
De esta manera si los dos interruptores están orientados hacia abajo tendrán
niveles lógicos bajos o 0 y su salida será́ alta lo que hará́ que el led encienda.
Si un interruptor está orientado hacia arriba y otro hacia abajo tendrán los
niveles lógicos 1 y 0 respectivamente, por lo que la salida será́ baja y no
encendeŕ el led. Y, por ultimo, si los dos interruptores están orientados hacia
arriba tendrán niveles lógicos altos o 1, por lo que la salida será́ baja y no
encenderá́ el led.
Demostrando el funcionamiento de la compuerta lógica NOR que tendrá́ una
salida alta solo si sus entradas son bajas.
Con Respecto al NOT:
Para la demostración del funcionamiento de la compuerta NOT solo es
necesario un interruptor pues esta compuerta solo tiene una entrada. Y desde
luego la compuerta NOT.
De esta manera si el interruptor está orientado hacia arriba tendrá́ un nivel
lógico alto o 1 por lo que la salida será́ baja y no encenderá́ el led. Y si el
interruptor está orientado hacia abajo tendrá́ un nivel lógico bajo o 0, por lo que
la salida será́ alta y enciendé el led. Demostrando el funcionamiento de la
compuerta NOT que tiene una salida opuesta a la entrada.
Tabla NOT:
A
0
1
A
1
0
Con Respecto al AND:
Los elementos utilizados en este circuito salvo la compuerta lógica AND son los
mismo que en el circuito NAND y NOR, y conectados de la misma manera.
De esta manera si los dos interruptores están orientados hacia abajo tendrán
niveles lógicos bajos o 0 y su salida será́ baja lo que no encendeŕ el led. Si un
interruptor está orientado hacia arriba y otro hacia abajo tendrán los niveles
lógicos 1 y 0 respectivamente, por lo que la salida será́ baja y no encendeŕ el
led. Y, por último, si los dos interruptores están orientados hacia arriba tendrán
niveles lógicos altos o 1, por lo que la salida será́ alta, lo que provoca que el led
encienda.
Demostrando el funcionamiento de la compuerta AND que tiene una salida alta
solo si sus entradas son altas.
Tabla AND:
III.
CUESTIONARIO:
1.- Dados los números: A=101101010, B=11010010 y C=1101 expresados en base dos.
Realizar las operaciones propuestas indicando sus respuestas en la base solicitada
a) A + B + C en base 16
A=101101010=16A(16)
B=11010010=D2(16)
C=1101=D
Entonces:
A+B+C=249(16) o
0×249
b) El complemento a dos de B*C expresado en base
Entonces B*C = 2730 = 5252(8)
2. Efectuar 48(10) – 21(10) en base dos y por complemento a dos.
Podemos decir que se pide 48(10) + (-21(10))
48(10) = 00110000(2) << Como es positivo su complemento a dos es el mismo.
21(10) = 00010101(2) << Le sacamos su complemento a dos.
Entonces: complemento a 1 de 21(10) = 00010101 (2) , nos queda 11101010(2), ahora
le sumamos 1:
Entonces -21 en complemento a dos es 11101011(2)
por lo tanto sumamos los dos números:
00110000 +11101011= 100011011
Nos queda: 00011011(2)
3. Determinar que circuitos desarrollan expresiones algebraicas equivalentes:
F1: (a+b). (a+c)
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
F1:
0
0
0
1
1
1
1
1
F2: ((a*c) ´. (a+b)) ´
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
F2
1
1
0
0
0
1
0
1
F3: a.c + (a+b)´
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
F3
1
1
0
0
0
1
0
1
F4: (a.b´)´ . (a´.c´)´
F5: (a+c). (a´+b)
F6: ((a´).(b´+c´))´
5. Implementar usando solo puertas NOR, un circuito de 4 variables de entrada y que
los elementos xi de su función con xi= (n+6)/2 . donde n es un numero par.
Observaciones
Tener en cuenta que las compuertas NAND y NOR son universales, es decir, que se
pueden ejecutar las operaciones lógicas básicas: NOT, AND y OR.
La diferencia de potencial aplicada a cada circuito fue de 5V y la resistencia conectada
al led de 330 ohm.
Conclusiones
Si bien el presente informe está construido usando únicamente el programa proteus,
puede ser verificado en la vida real con los circuitos mencionados