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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CIRCUITOS DIGITALES LABORATORIO No1 COMPUERTAS BÁSICAS

Profesor: Ing. Alfredo Granados Ly.

UNMSM – FIEE

Circuitos Digitales

OBJETIVO:  Conocer las compuertas lógicas básicas y sus tablas de verdad.  Implementar circuitos digitales en FPGA.  Uso de herramientas de síntesis Quartus II en el diseño de circuitos digitales. INTRODUCCIÓN: Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos diseñados para obtener resultados booleanos (0,1), los cuales se obtienen de operaciones lógicas binarias (suma lógica, y multiplicación lógica). Dichas compuertas son AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR. Además se pueden conectar entre sí para obtener nuevas funciones. A continuación se describirá las características de las compuertas. Este tipo de dispositivos lógicos se encuentran implementados con transistores y diodos en un semiconductor y actualmente podemos encontrarlas en formas de circuitos integrados lógicos. Al mismo tiempo, puedes programar el comportamiento de otra manera, con circuitos reconfigurables o programable, como CPLDs o FPGAs. AND

La salida está en estado alto si y solo si las dos entradas se encuentran en estado alto. Por esta razón podemos considerar que es una multiplicación binaria.

OR

La salida está en estado bajo si y solo si las dos entradas se encuentran en estado bajo. Por esta razón podemos considerar que es una suma lógica.

NOT La salida es la inversa de la entrada.

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE

Circuitos Digitales

NAND

La salida está en estado bajo si y solo si las dos entradas se encuentran en estado alto. Es la negación de la compuerta AND.

NOR La salida está en estado alto si y solo si las dos entradas se encuentran en estado bajo. Es la negación de la compuerta OR.

XOR

La salida está en estado bajo si y solo si las dos entradas tienen el mismo valor. Dicho de otra manera, la salida está en estado alto si y solo si las dos entradas tienen valores diferentes.

XNOR

La salida está en estado alto si y solo si las dos entradas tienen el mismo valor. Dicho de otra manera, la salida está en estado bajo si y solo si las dos entradas tienen valores diferentes. Es la negación de la compuerta XOR.

EXPERIMENTO 1: Comprobar cada una de las tablas de verdad implementando las compuertas AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR.

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE

Circuitos Digitales

EXPERIMENTO 2: Implementar el siguiente circuito en el software Quartus II:

 

Asigne las entradas a los SWITCH y la salida a un LED Obtenga la tabla de verdad

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE



Circuitos Digitales

Encuentre la ecuación booleana del circuito anterior utilizando la tabla de verdad _______________________________________________________



Evalúe la función encontrada en el paso anterior una a una todas las posibles combinaciones de la entrada y compare con la tabla de verdad encontrada experimentalmente. Qué puede decir al respecto: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________



Considerando que las compuertas tienen un retardo de 10ns, indique cuál sería el valor mínimo de tiempo de mantenimiento que tendría que tener cada una de las entradas para no tener problemas en la salida. Grafique también los caminos con mayor retardo. x: ________ ns



y: ________ ns

z: ________ ns

¿ Se puede simplificar el circuito anterior ?. (SI / NO) ____________________________________________________________

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE 

Circuitos Digitales

En el siguiente circuito, indique que señal es x, y , z para que siga cumpliendo la tabla de verdad:

EXPERIMENTO 3: Encuentre las ecuaciones booleanas para la siguiente tabla de verdad:



T1 = ____________________________



T2 = ____________________________



Implemente las ecuaciones encontradas en los pasos anteriores en el software Quartus II utilizando las compuertas básicas. Luego de compilar asigne las entradas a los SWITCH y las salidas a los LEDS. Compile nuevamente y descargue el archivo binario al FPGA y aplique cada una de las combinaciones que puede tomar las entradas, escriba su resultado en la siguiente tabla de verdad:

¿Son iguales? (SI / NO).

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE

Circuitos Digitales

EXPERIMENTO 4: Para la siguiente expresión booleana:



Obtenga la tabla de verdad de F.



Dibuje el diagrama lógico utilizando la expresión F original.

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1

UNMSM – FIEE 

Circuitos Digitales

Utilice el álgebra de Boole para simplificar la función F al mínimo número de literales. ________________________________________________________________



Implemente el circuito digital con la expresión del punto anterior en el software Quartus II, utilizando las compuertas básicas. Luego de compilar asigne las entradas a los SWITCH y las salidas F a un LED. Compile nuevamente y descargue el archivo binario al FPGA y aplique cada una de las combinaciones que puede tomar las entradas. ¿Los resultados son los esperados? _________________________________________________________________ INTEGRANTES: 1. _______________________________________

Código: _____________

2. _______________________________________

Código: _____________

3. _______________________________________

Código: _____________

4. _______________________________________

Código: _____________

Ing. Alfredo Granados Ly

Laboratorio No1