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MÓDULO 1: ELECTRÓNICA DIGITAL

MÓDULO 1: ELECTRÓNICA DIGITAL

Ingeniería de Microsistemas Programados S.L.

MÓDULO 1: ELECTRÓNICA DIGITAL

INDICE BIBLIOGRAFIA RELACIÓN DE MATERIALES TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica

1: El Inversor (NOT) 2: Las puertas AND, OR, NAND, NOR y EOR 3: Teoremas de Morgan 4: Otros tipos de puertas lógicas 5: Familias lógicas 6: Circuitos de entretenimiento 7: Automatismo combinacional 8: Otro automatismo

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica

1: Decodificadores 2: El display de 7 segmentos 3: Decodificador BCD a 7 segmentos 4: Multiplexores 5: El sumador 6: El restador 7:Sumador con corrección a BCD 8: Circuitos comparadores

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TEMA 3: CIRCUITOS SECUENCIALES Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica Práctica

1: Báscula R-S asíncrona 2: Báscula R-S síncrona 3: Báscula tipo D 4: Báscula J-K 5: Entretenimiento: alarma por rotura de un conductor 6: Entretenimiento: “El más rápido” 7: Registros 8: Registros de desplazamiento 9: Contadores binarios 10: Contador UP/DOWN con precarga 11: La década 12: El contador Johnson 13: Entretenimiento: contador con visualización 14: Entretenimiento: quiniela electrónica 15: Entretenimiento: el dado electrónico

ANEXO: REPASO PRÁCTICO DE MEDIDAS Y CONCEPTOS BÁSICOS TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA Práctica 1: Componentes pasivos y medidas Práctica 2: Componentes activos I (Diodos) Práctica 3: Componentes activos II (Transistores)

BIBLIOGRAFIA Se presenta una interesante lista de libros relacionados con la Electrónica Digital objeto del presente módulo. En ella se proporciona el título de la obra, el autor y la editorial así como una breve descripción de contenidos. “Electrónica Digital Moderna” ( con disquete); Angulo, J.Mª, Editorial ITP Paraninfo Se trata de un libro de texto clásico seguido en muchas Escuelas de Ingeniería y Centro de Formación Profesional. Presenta de una forma clara y muy asequible los principios de la Lógica Digital, la implementación de sus funciones en circuitos integrados, los sistemas digitales secuenciales y combinacionales. Contiene valiosa información con hojas de características técnicas de los circuitos digitales típicos. En el aspecto práctico, además de contener una serie de prácticas en cada tema, que se pueden realizar fácilmente con elementos muy comunes y económicos, añade un disquete con una versión didáctica del famoso simulador Workbench, con el que se puede analizar y experimentar numerosos ejercicios y proyectos. “Introducción a los computadores” (con disquete); Angulo, J.Mª, Editorial ITP Paraninfo Presenta de forma agradable y completa la Electrónica Digital que se aplica en los Computadores y combinada con una serie de ejercicios y problemas resueltos. Se profundiza en la implementación de los bloques del computador y se describe el diseño, funcionamiento y manejo de un procesador básico, como la “Máquina Sencilla”. La segunda parte de la obra se destina a “Prácticas de Laboratorio” en donde se contemplan experiencias con diodos, transistores y circuitos integrados, así como diversos proyectos de sistemas digitales. La tercera parte, está apoyada en el disquete que acompaña al libro y contiene una detallada descripción con ejemplos de aplicación para la captura y simulación de circuitos digitales asistidos por computador mediante el programa “Electronics Workbench”. “Enciclopedia de Electrónica Moderna” (7 tomos); Angulo, J. Mª, Editorial ITP Paraninfo A lo largo de los 7 tomos que consta la obra el autor expone, para un lector autodidacta, toda la Electrónica Moderna, desde los diodos semiconductores hasta los microprocesadores. Para que el lector se habitúe a trabajar con los elementos electrónicos que se explica se propone en cada sección numerosas experiencias con dispositivos e instrumentos fáaciles de encontrar y económicos.

Se trata de un excelente libro teórico que presenta con gran rigor las bases de la electrónica, recayendo en los transistores y en los Amplificadores Operacionales los temas que reciben un tratamiento exhaustivo y con muchos ejercicios y problemas resueltos. “Curso Práctico de Microelectrónica y Microinformática Industrial; Angulo, J.Mª, Editorial ITP Paraninfo Es un libro de prácticas organizado en fichas de laboratorio, que van presentando de forma clara los objetivos, los materiales necesarios y el desarrollo de cada práctica. Va cubriendo temas sobre diodos, transistores, circuitos integrados, arquitectura del PC y programas de E/S para aplicaciones industriales. “Sistemas Digitales”; Tocci, Editorial Prentice-Hall Una obra completa y muy bien presentada que realiza un repaso pormenorizado sobre todos los temas teóricos que conforman la Electrónica Digital. Finaliza con una aplicación de los sistemas digitales en los modernos computadores. Tiene ejemplos y problemas, pero carece de prácticas experimentales.

RELACION DE MATERIALES Accesorios

Semiconductores y Circuitos Integrados

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Cable rígido de 0.6 mm

• 1 Diodo 1N4007 • 1 Diodo LED rojo • 1 Transistor BC547 • 1 Integrado 4011 • 1 Integrado 4017 • 1 SN7400 • 1 SN7402 • 1 SN7404 • 2 SN7408 • 1 SN7414 • 1 SN7432 • 1 SN7447 • 2 SN7476 • 1 SN7485 • 1 SN7486 • 1 SN74LS90 • 1 SN74126 • 1 SN74139 • 1 SN74169 • 2 SN74173 • 1 SN74258 • 2 SN74LS283 • 1 SN74373

Resistencias de 1/4 W • 1 de 330 Ω • 2 de 1K • 1 de 2K2 • 2 de 10K • 1 de 100K • 2 de 1M Condensadores • 2 de 100nF • 2 de 1µF/25V • 1 de 10µF/25V • 1 de 100µF/25V • 1 de 1000µF/25V

General Concha, 39 - 8º Dcha. 48012 Bilbao • Tel./Fax: 94 422 32 63 • e-mail: [email protected] • Internet: www.arrakis.es/~msyseng

“Principios de Electrónica”; Malvino, Editorial McGraw-Hill

ELECTRÓNICA DIGITAL

PRÁCTICA 0/1 – 1

TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas IMPORTANTE: El tema 0 sólo está destinado a repasar prácticamente algunos conceptos fundamentales en Electrónica.

1.1 Objetivos Familiarizarse con los componentes pasivos más comunes y con la medición de sus valores característicos.

1.2 Fundamentos teóricos: Las resistencias Una resistencia es un componente que se opone al paso de la corriente. Su valor determina la magnitud de esa oposición y se mide en ohmios (Ω). Una forma de obtener dicho valor es a partir de sus bandas de color, utilizando una tabla de códigos. FIGURA 1.1. Diferentes tipos de resistencias.

NUMERO DE LA BANDA

FIGURA 1.2. Esquema de las bandas de una resistencia. La más alejada indica la tolerancia.

1.3 Materiales necesarios 1º Resistencias de diversos valores 2º Tabla de códigos

PLATA ORO NEGRO MARRON ROJO NARANJA AMARILLO VERDE AZUL VIOLETA GRIS BLANCO NINGUNO

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

0,01 0,1 1 10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 -

FIGURA 1.3. Tabla de códigos de color.

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1.4 Desarrollo de la práctica Colocar la resistencia como en la Figura 1.2, es decir, con la banda ligeramente separada en el lado derecho. Sustituir las bandas de izquierda a derecha por valores según la tabla de la figura 1-3.

FIGURA 1.4. Ejemplo de obtención del valor de una resistencia.

(X)

4 10% 5% 1% 2% 20%

ELECTRÓNICA DIGITAL

PRÁCTICA 0/1 – 2

TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas 1.5 Trabajo personal Coge resistencias de diferentes valores y rellena la siguiente tabla. Colores de las resistencias

Valores según código

1.6 Fundamentos teóricos: los condensadores Básicamente los condensadores están formados por dos placas metálicas (armaduras) separadas por un aislante (dieléctrico).

FIGURA 1.5. Diferentes tipos de condensadores y un circuito que los reúne.

Los condensadores tienen la característica de cargarse cuando se les aplica una tensión continua y, al desaparecer ésta quedar almacenada durante un tiempo para poder descargar a continuación su energía sobre otro componente. Su valor principal es, por tanto, la capacidad de carga, que se mide en Faradios (F).

1.7 Fundamentos teóricos: el tester CAP NP

CAPACITOR VAR

CAPACITOR POL

CAPACITOR FEED

FIGURA 1.6. Formas de respesentar los condensadores según el tipo.

Es un instrumento que se utiliza para medir las señales eléctricas a fin de determinar el voltaje (tensión) y la corriente (intensidad) en un circuito, y los valores característicos de componentes. El aspecto de un téster es el que se presenta en la Figura 1.7. Cambiando las sondas entre los diferentes conectores y seleccionando la escala adecuada se consiguen las diferentes medidas.

FIGURA 1.7. Fotografía de un téster estándar.

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Existe una gran variedad de modelos.

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 0/1 – 3

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas 1.8 Materiales necesarios 1º Téster 2º Resistencias de diversos valores 3º 1 pila de 1,5 V 4º 1 pila de 4,5 V 5º 1 pila de 9 V

1.9 Comprobación de funcionamiento Realiza los siguiente pasos para comprobar el correcto funcionamiento de tu téster. a) Enciéndelo. ¿Aparece el dibujo de una pila en la pantalla LCD? ___________________________________________ Si es así debes cambiar la pila interna del téster, de 9V, ya que está gastada. b) Coloca la sonda negra en COM y la roja en V. c) Mueve la ruleta de selección a la posición del altavoz. d) Junta las puntas de prueba. ¿Qué ocurre? ___________ ________________________________________________ Si se produce un pitido significa que existe continuidad en el elemento medido. La misma operación tocando con las puntas de prueba los dos extremos de una resistencia debería dar el mismo resultado si la resistencia está en perfecto estado.

FIGURA 1.8. Medida de continuidad con el téster.

1.10 Medición de resistencias Es el segundo modo de obtener el valor de una resistencia. Para que éste sea correcto debe estar fuera del circuito. Se deberán seguir los siguientes pasos: a) Colocar la sonda roja en V y la negra en COM. b) Seleccionar la escala de ohmios adecuada. c) Tocar los extremos de la resistencia con las puntas de prueba.

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d) Interpretar el valor según la escala elegida. Un (1.) significará que ésta escala es pequeña.

FIGURA 1.9. Forma correcta de hacer una medición.

PRÁCTICA 0/1 – 4

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas 1.11 Prueba de baterías La posición de las sondas y del selector de escala varían según la pila a medir. Los pasos a realizar serán: a) Colocar la sonda negra en COM y el selector en la posición correspondiente. Hay algunos téster que tienen posiciones específicas para medir baterías. Si no es así, colocar en la escala de voltios adecuada. b) Para las pilas de 4,5V y 9V colocar la sonda roja en VW y para la pila de 1,5V colocarla en mA. c) Medir las pilas colocando las puntas de prueba en los terminales. Si aparece un signo menos (-) delante del valor significa que se han colocado las puntas de prueba en los terminales contrarios.

1.12 Medición de la fuente de alimentación

a) Busca en el equipo de prácticas la zona dedicada a las fuentes de alimentación.

FIGURA 1.10. Tres tipos de baterías.

1.13 Medición de tensión Para medir la tensión entre dos puntos en un circuito que se haya en funcionamiento se seguirán los siguientes pasos: a) Elegir entre valores de continua (DC) o de alterna (AC). b) Se situarán las puntas de prueba en los dos extremos de la parte del circuito cuya caída de tensión se quiera medir, es decir, en paralelo con los elementos a medir. Hay que tener en cuenta que tanto la tensión como la corriente son vectores, es decir, tienen magnitud y sentido. Por tanto, hay que conectar adecuadamente los bornes positivo y negativo para que el valor sea verdadero. c) Ajustar el selector a la escala adecuada e interpretar el dato.

b) Habrá que colocar en el téster las sondas y el selector en las posiciones adecuadas según la fuente que se vaya a medir, teniendo en cuenta que algunas fuentes son de corriente alterna. c) Para medir las fuentes la punta de prueba negra deberá conectarse a un terminal GND y la punta de prueba roja a aquel que se quiera medir, tal y como muestra la Figura 1.11.

FIGURA 1.11. Medición del voltaje suministrador ppor una fuente de alimentación.

FIGURA 1.12. Forma de medir tensión. Paralelo.

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Las baterías medidas anteriormente proporcionan una tensión continua pero de tiempo limitado, ya que “se gastan”. En este apartado se va a proponer la medición de valores también de tensión pero proporcionados por fuentes de alimentación ilimitadas.

ELECTRÓNICA DIGITAL

PRÁCTICA 0/1 – 5

TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas 1.14 Medida de intensidad. ATENCIÓN Así como el mal uso del téster para medir voltajes sólo da como consecuencia la mala obtención del valor medido, si al medir intensidades no se hace adecuadamente pueden ocasionarse averiás en el instrumento. Afortunadamente los multímetros están preparados para este mal uso y hacen saltar un fusible en dicho caso, pero a partir de ese momento, si no se cambia el fusible, las mediciones de intensidad no serán correctas. Por tanto, sigue con atención estos pasos al ir a medir intensidad: a) La sonda roja debe estar en el conector de intensidad, ya sea mA o A. Si no, el téster se estropea. b) La medición en este caso será en serie, es decir, hay que abrir el circuito donde se quiere medir la corriente que circula en ese momento, y hacer con el téster un puente entre los dos extremos sin conectar.

FIGURA 1.13. Forma de medir intensidad. Serie.

1.15 Trabajo personal a) Vuelve a rellenar la siguiente tabla de valores de resistencias con el añadido del valor medido con el téster. Colores de las resistencias

Valores según código

Valores según téster

b) Coge de nuevo las resistencias y mídelas, tocando al medir con ambas manos. ¿Notas diferencia en los valores? ______ _____________________________¿A qué crees que es debido? _________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________

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c) Coge cualquier circuito en el que aparezcan resistencias y, sin sacarlas, mide su valor. ¿Coincide con el que muestra su código de colores? ____________________________¿Por qué? _________________________________________________ d) ¿Qué diferencia hay entre medir el valor en ohmios de una resistencia y la caída de tensión de una resistencia? ______ _____________________________________________________________________________________________________ e) Mide ahora las tres baterías de que dispones.

Tipos de batería 1,5V 4,5V 9V

Valor en Voltios

PRÁCTICA 0/1 – 6

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 1: Componentes pasivos y medidas ¿Son sus valores correctos? _________________________________________________________________________ f) Mide los valores de voltaje suministrados por las diferentes fuentes de alimentación y anótalos en la tabla.

Tipos de fuente de alimentación 12VAC +12Vdc -5Vcc +V -V

Valor en Voltios

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ANOTACIONES PERSONALES

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 0/2 – 1

PRÁCTICA 2: Componentes activos I (diodos) 2.1 Objetivos Conocer el comportamiento del diodo y comprobar su funcionamiento con pequeños circuitos prácticos.

2.2 Fundamentos teóricos: el diodo y su comportamiento Un diodo es un dispositivo eléctrico semiconductor cuyo comportamiento es no lineal; la resistencia entre la entrada y la salida depende de la tensión aplicada. Así, hasta un determinado valor llamado umbral el diodo no conduce y pasado ese umbral el diodo conduce cuando está polarizado directamente. Esto en la práctica del campo digital se reduce a un comportamiento con dos posibles estados: conduce/no-conduce, ON/OFF, encendido/apagado, etc. recordando a un interruptor que se abre o se cierra en determinadas circunstancias.

2.3 Materiales necesarios ÁNODO (A)

1º Téster 2º 1 diodo

CÁTODO (K)

FIGURA 2.1. Símbolo que representa a un diodo.

2.4 Desarrollo de la práctica Para medir el valor óhmico de un diodo hay que tener en cuenta que es un dispositivo polarizado, de modo que la polarización de sus terminales ánodo (A) y cátodo (K) determinará su comportamiento, según que su polarización sea directa o inversa. Se deberán seguir los siguientes pasos: a) Conectar la sonda roja en V y la negra en COM. b) Seleccionar la función de medición de diodos. c) Conectar las puntas de prueba al diodo a medir. Si la conexión hace que coincidan la punta de prueba roja con el ánodo (terminal positivo) y la punta de prueba negra con el cátodo (negativo) se estará midiendo la resitencia directa, y si no la inversa. En ambos casos el valor resultante se medirá en ohmios.

(A)

(K)

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FIGURA 2.2. Esquema del aspecto externo de un diodo. La marca indica el cátodo.

2.5 Trabajo personal

Ω en directa

Ω en inversa

Diodo Coge el diodo y realiza las siguientes operaciones: a) Identifica el cátodo y el ánodo _______________________________________________________________ b) Mide su resistencia la resistencia directa e inversa _______________________________________________ Si el diodo está bien, el valor en directa debe ser baja y la inversa infinito (1.) c) ¿Que sucede si en ambas mediciones el valor es infinito? _________________________________________ d) ¿Y si en ambas el valor es bajo? ______________________________________________________________

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PRÁCTICA 0/2 – 2

TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 2: Componentes activos I (diodos) 2.6 Circuitos con polarización directa e inversa Una vez identificados los terminales realizar un circuito con polarización directa consiste en hacer coincidir el ánodo con el borne positivo de la fuente de alimentación y el cátodo con el borne negativo, tal y como se muestra en la Figura 2.3. Si al contrario, el ánodo coincide con el borne negativo de la fuente y el cátodo con el positivo, se dice que el diodo está polarizado inversamente. (Figura 2.4).

FIGURA 2.3. Circuito de polarización directa de un diodo.

2.7 Materiales necesarios

1º Téster 2º 1 diodo 3º 1 resistencia de 330Ω 4º Entrenador Universal Trainer

2.8 Trabajo personal a) Monta el circuito de la Figura 2.3 en el Universal Trainer y rellena la siguiente tabla Parámetro a medir Corriente del circuito Caída de tensión en el diodo Caída de tensión de la resistecia

Valor

Unidad de medida

b) Monta ahora el circuito de la Figura 2.4 y vuelve a realizar las mediciones Parámetro a medir Corriente del circuito Caída de tensión en el diodo Caída de tensión de la resistecia

Valor

Unidad de medida

¿A qué es debida la diferencia de valores?_________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________

2.9 Los diodos LED Existe una modalidad de diodos que emiten luz al ser polarizados directamente; son los llamados diodos LED. Su aspecto externo es algo diferente al del diodo normal, y también el modo en que se reconocen su ánodo y su cátodo.

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FIGURA 2.4. Circuito de polarizacion inversa de un diodo.

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 0/2 – 3

PRÁCTICA 2: Componentes activos I (diodos) 2.10 Materiales necesarios

1º 1 diodo LED 2º 1 portaLED (Opcional) 3º 1 resistencia de 330Ω 4º Entrenador Universal Trainer

2.11 Desarrollo de la práctica Antes de hacer cualquier montaje es necesario saber cómo diferenciar los terminales de un LED. Se pueden reconocer: a) Montado sobre un portaLED el ánodo suele coincidir con el cable rojo y el cátodo con el cable negro. b) Mirado externamente, si el diodo está aún sin usar, el terminal del ánodo tiene una longitud mayor que el del cátodo. c) Mirado desde arriba, el cátodo coincide con la parte achatada de la base de la carcasa. Es la representación que se sigue en las placas de circuito impreso. d) Si se mira a trasluz tiene un filamento más grande que otro; el menor es el ánodo.

FIGURA 2.5. Aspecto externo de un diodo LED. FIGURA 2.6. Esquema de un diodo LED.

2.12 Trabajo personal Vamos a trabajar ahora con el diodo LED.

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a) Identifica su ánodo y su cátodo. b) ¿Cuál de las posibles formas te parece la más fiable? _______________________________________________________ ¿por qué? _____________________________________________________________________________________________ c) Monta el circuito de la Figura 2.7. ¿Cómo está polarizado el diodo, de forma directa o inversa? ____________________

FIGURA 2.7. Esquema eléctrico a montar.

d) Cambia la polaridad de la alimentación. ¿Puedes sacar alguna conclusión? ___________________________________________ _____________________________________________________ e) ¿Por qué crees que se debe poner una resistencia en serie con los diodos? ____________________________________________ _____________________________________________________ f) ¿Cómo se calcula el valor de dicha resistencia? ____________ _____________________________________________________

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PRÁCTICA 0/2 – 4 TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

ELECTRÓNICA DIGITAL

ANOTACIONES PERSONALES

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 0/3 – 1

PRÁCTICA 3: Componentes activos II (transistores) 3.1 Objetivos Conocer y comprobar el comportamiento de los transistores y diferenciar sus tipos.

3.2 Fundamentos teóricos: el transistor y su comportamiento FIGURA 3.1. Esquema interno de un transistor NPN y uno PNP.

El transistor es el dispositivo más utilizado en Electrónica, tanto analógica como digital, debido a su versatilidad, variedad, economía y fiabilidad. Puede decirse que los transistores conforman las puertas lógicas, que a su vez son la base de los circuitos integrados, que juntos componen un computador. Su comportamiento es no lineal y tiene tres terminales, que se denominan base, emisor y colector. Por dentro un transistor funciona como dos diodos enfrentados. Simplificando, un transistor tiene dos modos de funcionamiento: en amplificación y en conmutación. El primer caso es muy común en circuitos analógicos, mientras que el segundo lo es en circuitos digitales. Dentro de la conmutación un transistor puede estar en corte o en saturación. Si tomamos un transistor de tipo NPN, cuando la tensión de entrada en la base es de 5V el transistor estará en saturación. En este caso la unión base-emisor está polarizada directamente y conduce. Por el contrario, si la tensión en la entrada es 0V el transistor estará en corte, la unión base-emisor está polarizada inversamente y no conduce.

3.3 Materiales necesarios 3.4 Desarrollo de la práctica 1º Téster 2º 1 transistor 3º 1 diodo LED 4º 1 resistencia de 10 kΩ 5º 1 resistencia de 18Ω 6º 1 resistencia de 390Ω 7º Entrenador Universal Trainer

Lo primero es identificar el tipo de transistor. Se hará lo siguiente: a) Introducir los tres terminales del transistor en la zona del téster dispuesto para ello y mover el selector a esa posición.

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b) Ir cambiando de lugar las patitas (sin retorcerlas entre ellas) hasta que en la pantalla del téster aparezca un valor. c) El valor que aparece es la medición de la ganancia, que es una magnitud adimensional. Al mismo tiempo, según dónde haya quedado cada terminal, las inscripciones del téster estarán dando el nombre de cada uno y si el transistor es de tipo NPN o PNP.

FIGURA 3.2. Forma de hallar las características de un transistor.

PRÁCTICA 0/3 – 2

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 0: INTRODUCCION A LA ELECTRONICA

PRÁCTICA 3: Componentes activos II (transistores) 3.5 Trabajo personal Realiza las siguientes operaciones con el transistor usado: a) Halla el valor de su ganancia e identifica sus terminales y su tipo. Dibújalo. b) Monta el circuito de la Figura 3.3, que representa un transistor en conmutación controlando un LED.

FIGURA 3.3. Transistor en conmutación controlando un LED.

c) Haz trabajar al transistor en saturación introduciendo un 1 lógico (5V) en Vent. ¿Cómo está el LED, encendido o apagado?

d) ¿Y si le haces trabajar en corte introduciendo un 0 lógico (0V) en la base? _____________________________________ e) ¿A qué puerta lógica te recuerda este comportamiento? _____________________________________________________ f) ¿Qué ocurre si la entrada a la base queda al aire? __________________________________________________________ Relaciona lo observado con el comportamiento de un circuito TTL ______________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________

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Dibujar aquí el transistor indicando sus terminales

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PRÁCTICA 1/1 – 1

TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 1: El inversor (NOT) 1.1 Objetivos Comprobar el comportamiento de la función lógica inversora NOT, en base a un circuito integrado TTL modelo SN7404 que contiene seis puertas NOT.

1.2 Fundamentos teóricos básicos La función lógica NOT es la más sencilla de las funciones. El nivel lógico que presenta a su salida es el opuesto al de su entrada. El dispositivo integrado SN7404 contiene seis inversores idénticos e independientes entre sí. La figura 1-1 muestra el encapsulado de este circuito así como sus conexiones.

FIGURA 1.1. Cápsula del integrado SN7404.

1.5 Montaje práctico 1.3 Esquema electrónico (figura 1-2)

1º Conectar la alimentación +5Vcc a la patilla 14 2º Conectar la tierra GND a la patilla 7 3º Unir el interruptor E0 con la patilla 1 4º La patilla 1 con el led S0 5º La patilla 2 con el led S1

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FIGURA 1.2. Esquema electrónico para comprobar el funcionamiento de una puerta NOT

1.4 Materiales necesarios • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Circuito integrado SN7404 (6 inversores) • Cables de conexión FIGURA 1-3. Montaje práctico.

La fotografía de la figura 1-3 muestra la disposición práctica del cableado en el Universal Trainer

ELECTRÓNICA DIGITAL

PRÁCTICA 1/1 – 2

TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 1: El inversor (NOT) 1.6 Desarrollo de la práctica Mediante el interruptor E0 se introducen los niveles lógicos de acuerdo a la siguiente tabla de la verdad. El led S0 visualiza el nivel lógico de entrada y el led S1 el de salida.

E0 0 1

S0 0 1

S1 1 0

El diagrama de tiempos de la figura 1-4 es equivalente a la tabla de la verdad anterior y también permite determinar el funcionamiento de cualquier circuito lógico.

FIGURA 1.4. Diagrama de tiempos de la función NOT.

1.7 Trabajo personal

E0 0 1

S0

S1

S2

FIGURA 1.5. Esquema propuesto. Completar la tabla de la verdad.

Las figuras 1-6 y 1-7 muestran el aspecto del montaje práctico propuesto así como el diagrama de tiempos a completar.

FIGURA 1.7. Diagrama de tiempos a completar.

FIGURA 1.6. Aspecto del montaje propuesto

En la fotografía de la figura 1-8 se muestra el conjunto de la práctica montada sobre el entrenador “UNIVERSAL TRAINER”

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Considerando el ejemplo anterior, se propone montar el esquema de la figura 1-5. De igual forma, completar la tabla de la verdad y el correspondiente diagrama de tiempos.

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PRÁCTICA 1/2 – 1

TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 2: Las puertas AND, OR, NAND, NOR y EOR 2.1 Objetivos Analizado el funcionamiento del inversor, se trata ahora de comprobar las 5 restantes funciones lógicas: AND, OR, NAND, NOR y EOR (XOR)

2.2 Fundamentos teóricos básicos La breve descripción que se detalla a continuación define de forma simplificada el funcionamiento de cada una de esas puertas así como a la ecuación lógica a la que responden: •AND: La salida es “1” cuando todas las entradas valen también “1”; Y = A • B •OR:

La salida es “1” cuando cualquier entrada vale “1”; Y = A + B

•NAND: La salida es “1” cuando cualquier entrada vale nivel lógico “0”; Y = A • B •NOR: La salida es “1” cuando todas las entradas valen “0”; Y = A + B •EOR:

La salida es “1” cuando el número de entradas que estén a “1” sea impar; Y = A • B + A • B; Y = A + B

La figura 2-1 muestra los símbolos, cápsulas y distribución de patillas de los chips SN7408, SN7432, SN7400, SN7402 y SN7486 que contienen respectivamente cuatro puertas AND, OR, NAND, NOR y EOR cada uno.

7408 (AND)

7432 (OR) 7402 (NOR)

7400 (NAND) 7486 (XOR)

FIGURA 2.1. Cápsulas y símbolos de las cinco funciones lógicas básicas

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2.3 Esquema de montaje (figura 2-2)

FIGURA 2.2. Esquema de montaje.

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PRÁCTICA 2: Las puertas AND, OR, NAND, NOR y EOR 2.4 Materiales necesarios

2.5 Montaje práctico

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Circuitos integrados: SN7400, SN7402, SN7408, SN7432, SN7486 • Cables de conexión

1º.- Conectar la alimentación +5Vcc a la patilla 14 del SN7408. 2º.- Conectar la tierra GND a la patilla 7. 3º.- Unir el interruptor de entrada E0 con la patilla 1 del SN7408 y con el led S0. 4º.- Unir el interruptor de entrada E1 con la patilla 2 del SN7408 y con el led S1. 5º.- Conectar la patilla 3 de salida del SN7408 con el led S2. La fotografía de la figura 2-3 muestra la disposición práctica del cableado sobre la board de montaje

2.6 Desarrollo de la práctica

E0=S0

E1=S1

S2

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

De la misma forma el diagrama de tiempos que se presenta en la figura 2-4, puede servir para demostrar, una vez más, el funcionamiento de la AND ante distintas variaciones de las señales presentes en sus entradas.

Estamos experimentando con la puerta lógica AND contenida en el dispositivo SN7408. La tabla de la verdad a la que responde esta puerta se muestra a continuación.

FIGURA 2.4. Diagrama de tiempos de la puerta AND.

2.7 Trabajo personal De la misma manera que se ha analizado el comportamiento de la función lógica AND, se sugiere hacer un análisis similar con el resto de las puertas. Para ello hay que montar el correspondiente circuito integrado sobre el entrenador, según los siguientes esquemas de la figuras 2-5, 2-6, 2-7 y 2-8. Proceder a verificar su funcionamiento completando las respectivas tablas de la verdad.

General Concha, 39 - 8º Dcha. 48012 Bilbao • Tel./Fax: 94 422 32 63 • e-mail: [email protected] • Internet: www.arrakis.es/~msyseng

FIGURA 2.3. Cableado sobre la board

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PRÁCTICA 1/2 – 3

TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 2: Las puertas AND, OR, NAND, NOR y EOR FIGURA 2.5. La puerta OR.

E0=S0

E1=S1

0

0

0

1

1

0

1

1

FIGURA 2.6. La puerta NAND.

FIGURA 2.7. La puerta NOR.

FIGURA 2.8. La puerta EOR.

E0=S0

E1=S1

0

0

0

1

1

0

1

1

S2

E0=S0

E1=S1

0

0

0

1

1

0

1

1

S2

S2

E0=S0

E1=S1

0

0

0

1

1

0

1

1

S2

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De igual forma se puede resolver el diagrama de tiempos, representando la salida de cada una de las puertas analizadas en función de las dos señales de entrada E0 y E1. Figura 2-9.

FIGURA 2.9. Diagramas de tiempos de las diferentes puertas lógicas

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PRÁCTICA 3: Teoremas de Morgan 3.1 Objetivos Comprobar que, mediante una correcta aplicación de los teoremas de Morgan, se puede resolver cualquier ecuación lógica y por lo tanto resolver cualquier automatismo, usando exclusivamente un único tipo de puerta lógica: la NAND o la NOR.

3.2 Fundamentos teóricos básicos Los teoremas de Morgan sirven para transformar sumas en productos o viceversa y pueden llegar a tener una gran importancia dado que todas las operaciones lógicas se pueden resolver con un mismo tipo de puerta. 1er Teorema “La inversa de una suma lógica de dos o más variables de entrada, equivale al producto lógico de los inversos de dichas variables” E0 + E1 = E0 • E1 La siguiente tabla de la verdad trata de demostrar lo dicho en el primer teorema. E0

E1

E0

E1

E0+E1

E0+E1

E0 • E1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

2er Teorema “La inversa de un producto lógico de varias variables de entrada, equivale a la suma lógica de las inversas de dichas variables” E0 • E1 = E0 + E1 Su demostración viene dada en la siguiente tabla E0

E1

E0

E1

E0 • E1

E0 • E1

E0 + E1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

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3.3 Esquema electrónico Se trata de un conjunto de cuatro sencillos circuitos independientes que, mediante funciones NOR, implementan las distintas operaciones lógicas. Se muestran en las figuras 3-1, 3-2, 3-3 y 3-4

FIGURA 3.1. Función NOT E0 + E0 = E0

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PRÁCTICA 3: Teoremas de Morgan

FIGURA 3.2. Suma negada

E0 + E1 = E0 • E1

FIGURA 3.3. Producto

E0 + E1 = E0 • E1

3.4 Materiales necesarios

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER”.

FIGURA 3.4. Suma

E0 + E1 = E0 + E1

• Circuito integrado SN7402 (4 puertas NOR de dos entradas). • Cables de conexión.

3.5 Montaje práctico

1º.- Conectar la alimentación +5Vcc a la patilla 14 del SN7402. 2º.- Conectar la tierra GND a la patilla 7 del SN7402. 3º.- Unir el interruptor E0 con la patilla 2. 4º.- Unir la patilla 2 con la 3. 5º.- La patilla 1 se conecta con el led de salida S0. 6º.- Repetir el montaje para los tres restantes circuitos: suma negada, producto y suma.

3.6 Desarrollo de la práctica En la medida que se vayan montando cada uno de los cuatro circuitos que demuestran el 1er teorema de Morgan, se deben comprobar que las tablas de la verdad de cada uno de ellos coinciden con las aquí expuestas. Prestar atención a los interruptores E0 y E1 de entrada de forma que se introduzcan los niveles lógicos apropiados para cada caso.

Suma negada

Función NOT

E0

E0 + E0

E0

0

1

1

1

0

0

E0 0 0 1 1

E1 0 1 0 1

E0+E1 1 0 0 0

E0 • E1 1 0 0 0

General Concha, 39 - 8º Dcha. 48012 Bilbao • Tel./Fax: 94 422 32 63 • e-mail: [email protected] • Internet: www.arrakis.es/~msyseng

• Circuito integrado SN7400 (4 puertas NAND de dos entradas).

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PRÁCTICA 3: Teoremas de Morgan Producto

Suma E0

E1

E0 + E1

E0 • E1

E0

E1

E0 + E1

E0 + E1

E0 + E1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

3.7 Trabajo personal Montar los siguientes circuitos de las figuras 3-5, 3-6, 3-7 y 3-8. Completar las correspondientes tablas de la verdad. Con ello se verifica el 2º teorema de Morgan. FIGURA 3.5. Función NOT.

E0

E0 • E0

E0

0 1

FIGURA 3.6. Producto invertido.

E0

E1

0

0

0

1

1

0

1

1

E0 • E1 E0 + E1

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FIGURA 3.7. Suma.

E0

E1

0

0

0

1

1

0

1

1

E0 • E1 E0 + E1

FIGURA 3.8. Producto.

E0

E1

0

0

0

1

1

0

1

1

E0 • E1 E0 • E1 E0 • E1

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PRÁCTICA 4: Otros tipos de puertas lógicas 4.1 Objetivos Dar a conocer y experimentar con otro tipo de dispositivos integrados que, además de realizar algunas de las funciones lógicas ya conocidas, presentan una serie de características eléctricas y de funcionamiento necesarias en determinados casos y aplicaciones.

4.2 Fundamentos teóricos básicos Efectivamente, modificando la estructura y construcción de ciertos dispositivos, se consiguen funciones lógicas con algunas características y particularidades un tanto especiales, que se hacen imprescindibles en múltiples ocasiones:

4.2.1 Puertas Buffer Además de realizar una determinada función lógica, la corriente de salida es amplificada con objeto de poder controlar cargas que así lo requieran. Un ejemplo lo podemos encontrar en el dispositivo integrado SN74S37. Contiene en su interior 4 funciones NAND de dos entradas y con una distribución de patillas idéntica a la del dispositivo integrado SN7400. La diferencia está en que cada puerta puede proporcionar a su salida una corriente de hasta 60mA a nivel bajo.

4.2.2 Puertas en colector abierto La salida de cada puerta lógica que contiene el dispositivo, debe ser conectada, mediante una resistencia pull-up, al positivo de alimentación a modo de carga. Es posible controlar salidas con niveles altos de tensión. Como ejemplo puede servir el dispositivo integrado SN7406. Contiene 6 inversores con una distribución de pines similar al SN7404 ya estudiado. Sin embargo, la salida a nivel lógico “1”, puede llegar a alcanzar del orden de los 30V, siempre que se conecte la salida a dicha tensión mediante la resistencia ya mencionada. Ver la figura 4-1.

FIGURA 4.1. Conexión de la resistencia pull-up a la salida de una puerta con colector abierto.

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4.2.3 Puertas adaptadoras de nivel Son puertas que permiten adaptar los niveles de tensión que hay entre las diferentes familias lógicas, pudiéndose así crear una cierta compatibilidad entre puertas de las distintas familias. Un ejemplo podría ser el dispositivo MAX232. Permite adaptar niveles lógicos TTL a niveles RS-232, donde las tensiones pueden ser de –3 a –12V para el nivel “1” y de +3 a +12V para el nivel lógico “0”

4.2.4 Puertas Schmitt-Trigger Este tipo de puertas reaccionan y, cumplen con su función lógica, cuando la señal presente en las entradas alcanzan un valor de tensión suficiente. Dicha tensión es conocida como “tensión de disparo”. Cuando la señal de entrada supera un valór mínimo VT+, se considera que dicha entrada está a “1”. Cuando la señal de entrada diminuye por debajo de un valor VT- se considera que está a “0”. Es posible por tanto dar forma a aquellas señales que, por el motivo que sea, llegan deformadas o atenuadas a las entradas de estas puertas Trigger. La figura 4-2 muestra la señal de salida que genera el inversor Trigger del dispositivo SN7414 como respuesta a la señal de entrada.

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PRÁCTICA 4: Otros tipos de puertas lógicas FIGURA 4.2. Respuesta del Trigger SN7414 a una señal de entrada.

La figura 4-3 muestra el encapsulado del dispositivo Schmitt Trigger SN7414 objeto de la presente práctica. Contiene 6 puertas Schmitt Trigger independientes que realizan la función lógica NOT.

4.2.5 Puertas de tres estados Algunos dispositivos contienen funciones lógicas con la posibilidad de que sus salidas queden desconectadas eléctricamente respecto al resto del circuito. Se dice que la salida de esa función está en estado de alta impedancia (Z). Eléctricamente dicha salida está aislada del resto de la función. El gobierno de ese tercer estado de alta impedancia (Z) se realiza mediante una señal de entrada adicional que posee la función lógica de este tipo de dispositivos. Mediante esta señal se activa o desactiva dicho estado, haciendo que la salida de la puerta lógica presente el nivel lógico apropiado de salida o bien que dicha salida quede aislada. La figura 4-4 nos muestra el diagrama de conexiones y la tabla de la verdad del dispositivo SN74126. Consiste en cuatro puertas de tres estados que realmente no realizan función lógica alguna. Gobernando sus respectivas señales de control se consigue que a la salida de cualquiera de las puertas esté presente la información de su correspondiente entrada o bien que dicha salida quede aislada, en alta impedancia, respecto a su entrada.

Figura 4-4. Diagrama de conexiones y tabla de la verdad del dispositivo SN74126

Gn 0 0 1 1

An 0 1 0 1

Yn Z Z 0 1

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FIGURA 4.3. El dispositivo Schmitt Trigger SN7414.

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PRÁCTICA 4: Otros tipos de puertas lógicas Los sistemas tri-estado, debidamente controlados, permiten canalizar información digital procedente de diversas fuentes a un único destino, evitando los problemas eléctricos y cortocircuitos que de ello pudiera derivarse. Ver la figura 4-5. C2 0 0 0 1 1 1 X 1

C1 0 0 1 0 1 X 1 1

C0 0 1 0 0 X 1 1 1

SALIDA Alta Impedancia (Z) E0 E1 E2 Prohibido Prohibido Prohibido Prohibido

FIGURA 4.5. Distribución de tres canales de entrada sobre una salida tri-estado.

4.3 Esquema electrónico Se muestra en la figura 4-6. Consiste en un circuito multivibrador capaz de generar una señal de onda cuadrada de una determinada frecuencia. FIGURA 4.6. Circuito multivibrador.

4.4 Materiales necesarios • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Circuito integrado SN7414 (6 NOT Schmitt Trigger)

• 2 resistencia de 1K (R1, R2)

El funcionamiento se basa en el efecto de carga y descarga del condensador C1. En efecto, el condensador empieza a cargarse a través de R1. Cuando alcanza la tensión de disparo el Schimitt Trigger 7414 cambia de estado a su salida y pasa a “0”. En estas condiciones el condensador tiende a descargarse. Cuando alcanza un valor por debajo del de disparo, el 7414 vuelve a cambiar de estado y pasa ahora a "1”. El proceso se repite constantemente.

• Cables de conexión

La frecuencia obtenida se calcula según:

•Circuito integrado SN74126 (4 puertas de tres estados) • 1 condensador de 1000µF/15V(C1) • 1 condensador de 100µF (C2)

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4.5 Montaje práctico

F = 1/(R * C) donde F=Herzios, R=Ohmios y C=Faradios 1º.2º.3º.4º.5º.-

Conectar la alimentación al circuito: +5Vcc a la pata 14 y GND a la pata 7 del 7414 Conectar R1 de 1K entre las patas 1 y 2. Conectar C1 de 1000µF entre la pata 1 y GND, respetando la polaridad del condensador. Unir las patillas 2 y 3 entre sí. La salida en la patilla 4 se conecta con el led S0 del entrenador.

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PRÁCTICA 4: Otros tipos de puertas lógicas La figura 4-7 muestra el montaje práctico con la disposición de los componentes. Se observará que el led S0 debe realizar una intermitencia de 1 seg. Aproximadamente.

FIGURA 4.7. Montaje práctico.

4.6 Desarrollo de la práctica Analizar el circuito con doble multivibrador del esquema de la figura 4-8.

La salida de ambos generadores se aplica a sendas puertas tri-estado que se gobiernan mediante los pulsadores E10 y E11. Las salidas de estas puertas se unen y van a parar a un único led, S0.

FIGURA 4.8. Esquema electrónico del doble multivibrador.

El circuito pretende mostrar el concepto de alta impedancia que presentan las puertas tri-estado contenidas en el dispositivo SN74126.

4.7 Trabajo personal Una vez montado el circuito de la figura 4-8 y, cuya fotografía de montaje se muestra en la figura 4-9, realizar los siguientes pasos:

FIGURA 4.9. Fotografía del montaje de la práctica 4.

1º.- Comprobar que cuando las señales de control que se introducen mediante E10 y E11 están a nivel “0”, ninguno de los dos triestados conduce. Ambos están en alta impedancia así que en ningún caso dejan pasar la señal de los generadores hacia el led S0 de salida. 2º.- Al activar E10 se habilita el tri-estado que deja pasar la señal de 1Hz que proporciona uno de los generadores. El led S0 parpadea a la frecuencia indicada. 3º.- Al activar E11 se habilita el tri-estado que deja pasar la señal de 10 Hz que proporciona el otro generador. Se observará que el led de salida S0 parpadea más rápido. 4º.- Si se accionaran simultáneamente E10 y E11 ambos trie-estado quedarían activados y dejarían pasar la señal de sus respectivos generadores. Ambas señales se juntan en una única salida S0. Como ambas señales son de frecuencias diferentes, habrá momentos en que coincidan que una está a “1” mientras que la otra lo está a “0”. Esto supone que en esos momentos las salidas de los generadores están cortocircuitadas entre sí. Esta situación NO debe darse nunca (tampoco pasa nada por comprobarlo durante un breve espacio de tiempo).

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Se trata de dos generadores de onda cuadrada que generan diferentes frecuencias. El formado por R1 y C1 genera una frecuencia en torno a los 10Hz, mientras que el formado por R2 y C2 genera una frecuencia de 1 Hz.

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PRÁCTICA 1/5 – 1

PRÁCTICA 5: Familias lógicas 5.1 Objetivos Presentar una idea general de las diferentes familias en que se agrupan los circuitos integrados lógicos existentes, presentando las ventajas e inconvenientes de las dos más importantes en la actualidad, la CMOS la TTL.

5.2 Fundamentos teóricos básicos Se puede decir, de forma resumida que, una “Familia” de circuitos integrados lógicos está compuesta de múltiples dispositivos que integran funciones lógicas diferentes pero que sin embargo comparten una serie de características comunes como es la velocidad, tensiones de alimentación, consumos, etc. Estos dispositivos se dividen en dos grandes categoría: MOS y bipolares, que a su vez se pueden dividir en varios grupos o sub familias. La diferencia fundamental se encuentra en su estructura interna y en el tipo de transistores con los que están construidos y que les confieren determinadas características. En la familia MOS todas las funciones lógicas se desarrollan en torno a los transistores MOSFET entre los que prevalecen los de tipo CMOS. En la familia TTL se emplean transistores bipolares del tipo NPN o PNP.

5.2.1 La familia CMOS Necesitan muy poca corriente para funcionar, su consumo es por tanto reducido. Prácticamente sólo hay consumo en los momentos de transición de un estado lógico al opuesto. Las entradas de los dispositivos lógicos están siempre en alta impedancia, comportándose como resistencias de valor muy elevado valor (de ahí su reducido consumo). Tienen un buen margen de inmunidad al ruido. Normalmente una interferencia que se superponga por encima de 1V a una señal de entrada no causa una falsa lectura del nivel lógico. Las entradas de los dispositivos CMOS no deben dejarse nunca abiertas, sin conexión, por que su estado lógico es indefinido. La serie 4000 es la familia más popular de los dispositivos CMOS. Pueden funcionar con tensiones de alimentación elevadas, de hasta 15V. Sin embargo son más lentos en las velocidades de transición de un nivel lógico al otro y son sensibles a cargas electrostráticas (pueden estropearse durante su manipulación).

5.2.2 La familia TTL Es probablemente la familia con mayor grado de desarrollo y en la que podemos encontrarnos con cerca del millar de dispositivos diferentes. Es desarrollada e introducida inicialmente por el fabricante Texas Instruments y fácilmente reconocible por que todos sus miembros empiezan por 74 (la serie 74xxxx). Un primer inconveniente de la familia TTL es su baja inmunidad al ruido. La tensión de umbral del nivel lógico “0” está muy próxima a los 0V de masa. Una débil interferencia puede ser suficiente para causar un error en la señal lógica de entrada.

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A diferencia de los CMOS, las entradas de los dispositivos TTL consumen corriente. En la práctica, un nivel lógico “0” absorbe corriente desde masa hacia el positivo de alimentación. Los dispositivos TTL tienen por tanto un mayor consumo. Trabajan con una única tensión de alimentación de 5V. Una entrada de un dispositivo TTL, si se deja abierta sin conexión, es interpretada como nivel lógico “1”, aunque es conveniente conectarla a la alimentación mediante una resistencia, para eliminar posibles señales no deseadas. Al ser la familia muy desarrollada han aparecido, con el tiempo, diferentes grupos o variantes de la misma a los que se llama sub familias. Entre las más importantes cabe destacar las siguientes: 74Sxxx

Ofrecen una mayor velocidad de trabajo a costa de un mayor consumo.

74LSxxx

Mayor velocidad pero un consumo unas cuatro veces inferior al estándar TTL

74HCxxx

Es la que actualmente más prespectivas de futuro tiene. Combina las ventajas propias de la familia TTL con las de la familia CMOS. Se consigue dispositivos rápidos, de bajo consumo, alimentación flexible de 2 a 6V y una notable inmunidad al ruido.

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PRÁCTICA 5: Familias lógicas 5.3 Esquema electrónico Se muestra en la figura 5+1. Se trata de un temporizador que gobierna el encendido temporizado de dos salidas.

5.4 Materiales necesarios • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 Circuito Integrado 4011 (4 puertas NAND CMOS) • R1y R3 Resistencias de 1M • R2 Resistencia de 2K2 • C1 y C2 Condensadores de 1µF • Cables de conexión

5.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 5-2. Se recomienda seguir los siguientes pasos: 1º.- Ajustar, mediante el potenciómetro R3 del entrenador, la tensión de +V a 9VDC. 2º.- Alimentar al circuito integrado U1, la pata 14 a +9VDC y la 7 a GND. 3º.- Conectar los condensadores C1 y C2 sin equivocar la polaridad de los mismos. Son electrolíticos. 4º.- Realizar el resto de conexiones según el esquema teórico.

FIGURA 5.2. Montaje práctico del esquema.

5.6 Desarrollo de la práctica Cuando se conecta la alimentación del circuito, se supone que C1 está descargado, las entradas de U1A están a “0” y la salida a “1”. La salida S0 está por tanto activada. La salida de U1B queda a “0”, lo que evita que C2 se cargue y por tanto la salida S1 queda desactivada. El condensador C1 se carga a través de R1. En un momento dado la salida U1A queda a “0” y S0 se desconecta. La salida U1B se pone a “1” iniciándose la carga de C2 a través de R3. Cuando C2 se carga lo suficiente, la salida de U1D pasa a “1” activándose S1. Este último estado se mantiene estable. Si se cortocircuita el condensador C1 mediante un cable en sus extremos, la salida S0 vuelve a activarse, la salida U1B pasa a “0” con lo que C2 empieza a descargarse momento que se desconecta S1. Se vuelve a la situación inicial y el ciclo se repite. El tiempo que S0 se mantiene activada viene determinado por el tiempo que tarda en cargarse C1 mediante R1: t(s) = R(Ω) * C(µF). El tiempo que tarda en activarse S1 se determina por el tiempo que tarda en cargarse C2 a través de R3: t(s) = R(Ω) * C(µF).

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FIGURA 5.1. Esquema del circuito temporizador.

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PRÁCTICA 1/5 – 3

PRÁCTICA 5: Familias lógicas 1.7 Trabajo personal Completar el diagrama de tiempos presentado en la figura 5-3, dibujando las señales presentes en las cuatro salidas de las puertas lógicas así commo enlos leds S0 y S1, a partir del instante de conectar la alimentación y, también, a partir del instante en que se cortocircuita C1.

FIGURA 5.3. Diagrama de tiempos del circuito propuesto.

En la figura 5-4 se muestra el encapsulado del dispositivo CMOS 4011, donde se puede apreciar la distribución de patillas.

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FIGURA 5.4. Distribución de pines del 4011.

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PRÁCTICA 6: Circuitos de entretenimiento 6.1 Objetivos El objetivo de la presente práctica no es otro que el de presentar una par de circuitos digitales, de carácter didáctico, que sugieran al usuario las múltiples posibilidades de aplicación de la electrónica digital.

6.2 Fundamentos teóricos básicos No son otros que los estudiados hasta el momento. Se trata de aplicaciones basadas en puertas lógicas y las consecuencias que de su empleo se derivan. Con objeto de dar un mayor énfasis a los dispositivos de tecnología CMOS, los dos circuitos que aquí se presentan están realizados con el dispositivo 4011 que ya se empleó en la práctica anterior.

6.3 Esquema electrónico 6.3.1 Disparo por tacto El primer esquema, presentado en la figura 6-1, muestra un circuito capaz de disparar una señal de salida cada vez que dos conductores se unen mediante el tacto, a través de la resistencia del propio cuerpo humano.

FIGURA 6.1. Esquema del circuito de disparo por tacto.

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6.3.2 Comprobador de batería baja El esquema presentado en la figura 6-2 muestra un circuito capaz de detectar el bajo nivel de voltaje de una batería o pila. El patillaje del transistor Q1 es similar al empleado por los transistores del entrenador. Según se mira de frente la patilla central es la base, la derecha el emisor y la izquierda el colector.

FIGURA 6.2. Esquema del comprobador de baterías.

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PRÁCTICA 6: Circuitos de entretenimiento 6.4 Materiales necesarios

Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” Q1 Transistor NPN tipo BC547 C. Integrado 4011 (4 puertas NAND tipo CMOS) R1 Resistencia 1M R1 y R2 Resistencias de 1KΩ R3 y R4 Resistencias de 10KΩ R5 Resistencia de 1M C1 Condensador electrolítico de 1µF Cables de conexión

6.5 Montaje práctico 1º.- Ajustar, mediante el potenciómetro R3 del entrenador, la tensión de +V a +9VDC. 2º.- Alimentar el circuito U1; la pata 14 a +9VDC y la pata 7 a GND. 3º.- En el esquema de la figura 6-1 conectar la resistencia R1 y preparar dos cables con los extremos pelados que actuarán de sensor. 4.- En el esquema de la figura 6-2, conectar, mediante los oportunos cables, el potenciómetro P1 que se encuentra en el propio entrenador. 5.- No equivocar la polaridad del condensador C1, es electrolítico

En la fotografía de la figura 6-3 se muestra el aspecto del montaje correspondiente al esquema de la figura 6-2, el comprobador de baterías.

En este apartado vamos a trata de explicar el funcionamiento de ambos circuitos.

6.6.1 Disparo por tacto Este circuito nos muestra la posibilidad de construir pulsadores táctiles sin contactos metálicos que se pueden emplear en diferentes circuitos de activación/desactivación.

FIGURA 6.3. Montaje del circuito comprobandor de baterías

En este ejemplo se muestra el encendido del diodo de salida S0 cada vez que se cierren los contactos. Posteriormente este mismo circuito, junto con otros puede emplearse para realizar aplicaciones más interesantes.

En situación de reposo, sin cerrar los contactos, la resistencia R1 garantiza que las entradas de U1A queden a nivel “1”. En estas condiciones el led de salida permanece apagado. Cuando se cierran los contactos del sensor, las entradas de U1A quedan a “0” por lo que su salida pasa a “1” y el led se enciende. Los contactos suelen ser dos electrodos de metal que se sitúan próximos entre sí. En nuestro ejemplo pueden ser dos simples trozos de cables pelados en sus extremos. Un trozo se conecta a GND y el otro a las patillas 1 y 2 de entrada a la puerta U1A. En cualquier caso los cables no se tocan entre sí. Cuando ambos trozos se tocan con, por ejemplo un dedo, la propia humedad de la piel hace que se cierren los contactos, dando lugar al disparo del circuito.

6.6.2 Indicador de batería baja Se trata de un circuito básico que detecta el nivel de tensión de una pila. Si dicho nivel de tensión es aceptable, el diodo led de salida permanece encendido. En caso contrario, se produce una intermitencia del mismo. El esquema de la figura 6-2 se divide en dos secciones bien diferenciadas. Por un lado las resistencias R1, R2, el potenciómetro del entrenador P1 y el transistor Q1, se encargan de medir la tensión de la pila bajo prueba. Si esta está en buenas condiciones en R1 habrá la tensión suficiente para polarizar el transistor Q1. Este conduce a saturación y en su colector queda una tensión de 0V (nivel “0”). Si la pila está baja de tensión, el transistor no llega a polarizarse y se bloquea. En su colector aparece entonces una tensión positiva (nivel “1”).

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6.6 Desarrollo de la práctica

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ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 1/6 – 3

PRÁCTICA 6: Circuitos de entretenimiento El potenciómetro P1 permite ajustar la sensibilidad o el umbral de disparo del transistor. Por otra parte las puertas U1A, U1B y U1C forman un circuito multivibrador controlado. Proporciona una señal de onda cuadrada a la salida de U1C que hará parpadear al led S0. La frecuencia viene determinada por el valor de C1 y R5. El control del oscilador se realiza mediante la patilla 2 de U1A. Si está a “0”, el multivibrador queda bloqueado y el led de salida S0 permanece a nivel 1 constantemente. Esto ocurre cuando el transistor Q1 conduce debido al buen estado de la pila. Si por el contrario Q1 se bloquea, la patilla 2 de U1A queda a “1”. En estas condiciones el multivibrador se pone en marcha y el led parpadea indicando baja tensión en la pila.

6.7 Trabajo personal 1º.- Montar el circuito de acuerdo al esquema de la figura 6-2. 2º.- Colocar una pila en buen estado y realizar, mediante un voltímetro, las siguientes medidas de tensión continua: a) Vbe en Q1= _____________; b) Vce en Q1 = _____________ 3º.- Colocar una pila gastada o bien cortocircuitar los conductores + y – entre sí. Volver a realizar y anotar las siguientes medidas: a) Vbe en Q1 = _____________ ; b) Vce en Q1 = _____________

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PRÁCTICA 1/6 – 4 MICROSYSTEMS ENGINEERING

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PRÁCTICA 1/7 – 1

PRÁCTICA 7: Automatismo combinacional 7.1 Objetivos Combinar diferentes funciones lógicas para la resolución de una ecuación que define el funcionamiento de un automatismo.

7.2 Fundamentos teóricos básicos Para que el motor M se active, no sólo basta con accionar el pulsador de arranque A. Es necesario que dos sensores, B y C, estratégicamente colocados, informen al sistema de que el área de trabajo está despejado. Esto ocurre cuando B está a “1” y C está a “0” o bien si ambos están a “0”. En los demás casos una señal sonora S, indicará alguna anomalía en el sistema.

7.2.1 Tabla de la verdad

ENTRADAS C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

SALIDAS M S 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1

7.2.2 Ecuaciones lógicas Definen en qué momento las salidas se deben activar en función de las variables de entrada. Si esposible las ecuaciones obtenidas se deben simplificar. M = A • B • C + A • B • C; M = A (B • C + B • C) S = A • B • C + A • B • C; S = A (B • C + B • C); S= A • M

7.3 Esquema electrónico

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Es el mostrado en la figura 7-1

FIGURA 7.1. Esquema teórico.

7.4 Materiales necesarios

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C. Integrado SN7404 (6 inversores) • U2 C. Integrado SN7408 (4 puertas AND) • U3 C. Integrado SN7432 (4 puertas OR)

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PRÁCTICA 1/7 – 2

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

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PRÁCTICA 7: Automatismo combinacional 7.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 7-2 1º.- Conectar la tensión de alimentación a los 3 C. Integrados U1, U2 y U3 por las patillas correspondientes (pata 14 positivo y pata 7 GND). Dicha tensión debe ser de +5VDC. 2º.- Los interruptores E0 y E1 simulan las señales de entrada B y C procedente de los sensores. 3º.- El pulsador E10 simula la señal de arranque A. 4º.- Conectar la salida M con el led S0 que simulará el motor. 5º.- La señal de salida S se conecta al zumbador del entrenador. Produce la señal sonora de alarma al activarse. FIGURA 7.2. Fotografía del montaje.

Mediante los interruptores E0 y E1 así como con el pulsador E10, se introducen las combinaciones binarias de entrada de acuerdo a la tabla de la verdad del apartado 7.2.1 Comprobar que las salidas S0 (M) y el zumbador (S) se activan cuando se introducen los niveles lógicos de entrada correspondientes.

7.7 Trabajo personal Modificar el circuito de forma que el motor M se active cuando los sensores B y C están ambos a “1” o ambos a “0”.

7.7.1 Tabla de la verdad Completarla según las nuevas condiciones del diseño

C 0 0 0 0 1 1 1

ENTRADAS B A 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1

SALIDAS M S

7.7.2 Ecuaciones lógicas Anotar a continuación las ecuaciones lógicas que se obtiene. Procurad simplificar.

7.7.3 Esquema electrónico Dibujar a continuación el esquema completo y montarlo sobre elentrenador para verificar su correcto funcionamiento

7.7.5 Diagrama de tiempos Completar el diagrama de tiempos que se presenta en la figura 7-3.

FIGURA 7.3. Diagrama de tiempos.

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7.6 Desarrollo de la práctica

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TEMA 1: CIRCUITOS INTEGRADOS LÓGICOS

PRÁCTICA 1/8 – 1

PRÁCTICA 8: Otro automatismo combinacional 8.1 Objetivos

Combinar diferentes funciones lógicas para la resolución de una ecuación que define el funcionamiento de un automatismo digital.

8.2 Fundamentos teóricos básicos Se desea controlar el motor de un limpiaparabrisas de un coche. Este se gobierna desde tres señales de entrada: A es la llave de contacto del vehículo, B el interruptor de puesta en marcha del limpia y C sensor que detecta si las varillas del limpia están en la posición de reposo. Ver gráfico de la figura 8-1. FIGURA 8.1. El limpiaparabrisas.

Para activarlo es necesario que la llave de contacto del vehículo (A) esté accionada, al igual que el interruptor B. Para desactivar el motor M no basta con desactivar el interruptor B, si no que el motor debe seguir funcionando hasta que las varillas del limpia lleguen a la posición de reposo y accionen el final de carrera C. Se evita así que estas se detengan en mitad del recorrido. Por supuesto que, si se desconecta la llave de contacto general, el motor se para instantáneamente en cualquier posición.

8.2.1 Tabla de la verdad

8.2.2 Ecuacion lógica

Se presenta a continuación. 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

M 0 0 0 0 1 0 1 1

Se obtiene a partir de la tabla de la verdad. Su máxima simplificación implica el empleo de menos puertas lógicas para resolverla y por tanto menos circuitos integrados. M = A • B • C + A • B • C + A • B • C; M = A (B • C + B • C + B • C) M = A [B • C + B (C + C)]; M = A [B • C + B(1)]; M = A (B • C + B); M = A (C + B)

8.3 Esquema electrónico

Ingeniería de Microsistemas Programados S.L.

El esquema electrónico que responde a la ecuación anteriormente obtenida, se muestra en la figura 8-2.

FIGURA 8.2. Esquema electrónico para el control del limpiaparabrisas.

8.4 Materiales necesarios • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C. Integrado SN7404 • U2 C. Integrado SN7432 • U3 C. Integrado SN7408 • C. Integrado SN7400 • Cables de conexión

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PRÁCTICA 1/8 – 2

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PRÁCTICA 8: Otro automatismo combinacional 8.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 8-3.

FIGURA 8.3. Fotografía del montaje del control del limpiaparabrisas.

8.6 Desarrollo de la práctica

Completar el diagrama de tiempos de la figura 8-4

FIGURA 8.4. Diagrama de tiempos.

8.7 Trabajo personal Empleando los teorema de Morgan, explicado en la práctica 3 de este tema, obtener los esquemas electrónicos de la ecuación obtenida en el apartado 8.2.2. a) Dibujar el esquema electrónico empleando exclusivamente puertas NOR b) Dibujar el esquema electrónico empleando exclusivamente puertas NAND c) Anotar a continuación las ventajas y/o incovenientes de emplear cualquiera de los teoremas de morgan. d) Montar ambos circuitos obtenidos y comprobar su correcto funcionamiento de acuerdo a la tabla de la verdad.

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Mediante los tres interruptores de entrada E0, E1 y E2 que simulan las señales A, B y C respectivamente, aplicar las combinaciones descritas en la tabla de la verdad del apartado 8.2.1. Comprobar que la salida S0 que simula al motor M, corresponde con dicha tabla.

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PRÁCTICA 1/2 – 4 MICROSYSTEMS ENGINEERING

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PRÁCTICA 1/3 – 4 MICROSYSTEMS ENGINEERING

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PRÁCTICA 2/1 – 1

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

PRÁCTICA 1: Decodificadores 1.1 Objetivos

Conocer el funcionamiento de los circuitos decodificadores empleados en múltiples dispositivos o circuitos digitales.

1.2 Fundamentos teóricos básicos Los decodificadores se tratan de circuitos digitales de carácter combinacional. Su funcionamiento puede resumirse con la siguiente definición: “Circuito que recibe por sus entradas información binaria codificada y presenta a su salida información binaria sin codificar” Efectivamente, siguiendo los procesos que se desarrollaron en algunas de las prácticas del anterior Tema 1, podemos obtener un circuito decodificador a medida de nuestras necesidades. Se diseña la tabla de la verdad en la que se relaciona los códigos de entrada con las salidas que se desean activar. Se desarrollan las ecuaciones lógicas necesarias. Se implementa el esquema electrónico del circuito. Una mención especial tienen los llamados “Decodificadores Selectores”. A partir de un código de entrada, activan una y sólo una de sus salidas. Podemos encontrarnos con decodificadores de BCD a decimal, de 2 x 4, de 3 x 8, etc.

FIGURA 1.1. Esquema electrónico.

1.3 Esquema electrónico El esquema de la figura 1-1 responde a un decodificador de 2 x 4. Por cada una de las cuatro combinaciones de entrada posibles, se activa una y sólo una de sus cuatro salidas. Es muy frecuente emplear lógica negativa. Esto significa que, cuando se habla de activar una salida, ésta se pone a nivel lógico “0”. Si se desactiva es porque se queda a nivel lógico “1”. Las cuatro salidas responden a la siguiente tabla de la verdad:

ENTRADAS

SALIDAS

B

A

S3

S2

S1

S0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

Las ecuaciones para cada una de las cuatro salidas son las siguientes: S0 = A • B

S1 = A • B

S2 = A • B

S3 = A • B

1.4 Materiales necesarios

Ingeniería de Microsistemas Programados S.L.

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C.Integrado SN7404 (6 inversores) • U2 C. Integrado SN7400 (4 puertas NAND) • U1 C.Integrado SN74139 (Doble decodificador de 2 x 4) • Cables de conexiones

1.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 12 1º.- Asegurarse de conectar la alimentación de +5VDC a las patillas correspondientes de los C. Integrados. En ambos circuitos la 14 es positivo y la 7 GND. 2º.- Conectar los interruptores E0 y E1 para las señales de entrada A y B respectivamente. 3º.- Conectar los leds S0, S1, S2 y S3 del entrenador, como señales de salida.

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

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PRÁCTICA 2/1 – 2

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PRÁCTICA 1: Decodificadores FIGURA 1.2. Fotografía del montaje.

1.6 Desarrollo de la práctica

Una vez realizado el montaje del esquema de la figura 1-1, comprobar el correcto funcionamiento del circuito mediante la tabla de la verdad anterior. El dispositivo integrado SN74139 consta de dos decodificadores de 2 x 4 totalmente independientes entre sí. La figura 1-3 muestra el diagrama de conexiones de este dispositivo.

FIGURA 1.3. Diagrama de conexiones del decodificador SN74139.

FIGURA 1.4. Esquema del decodificador de 2 x4 SN74139.

Completar el diagrama de tiempos de la figura 1-5

1.7 Trabajo personal Montar el esquema electrónico de la figura 1-4. Comprobar su funcionamiento y completar la siguiente tabla de la verdad. ENTRADAS

SALIDAS

G

B

A

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

X

X

Y0

Y1

Y2

Y3

FIGURA 1.5. Diagrama de tiempos del decodificador.

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El esquema de la figura 1-4 emplea uno de los dos decodificadores. Cada uno de ellos dispone de una señal adicional llamada G. Cuando dicha señal está desactivada (a nivel “1”), la salidas también lo están, independientemente del estado de las entradas. Las salidas se activan por lógica negativa (nivel “0”).

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PRÁCTICA 2/2 – 1

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

PRÁCTICA 2: El display de 7 segmentos 2.1 Objetivos Explicar el funcionamiento y control de los displays numéricos formados por diodos luminosos tipo led.

2.2 Fundamentos teóricos básicos

Un display de 7 segmentos consiste básicamente en un conjunto de diodos luminosos tipo led, estratégicamente ubicados y en forma de segmentos o rayas. A dichos segmentos se les denomina a, b, c, d, e, f, g y dp (punto decimal). Según qué leds se iluminen se consigue formar cualquier dígito numérico. Los hay de dos tipos: ánodo común y cátodo común, tal y como muestra la figura 2-1. En los del tipo de ánodo común, todos los ánodos de los leds o segmentos están unidos internamente a una patilla común que debe ser conectada a potencial positivo (nivel “1”). El encendido de cada segmento individual, se realiza aplicando potencial negativo (nivel “0”) por la patilla correspondiente. En los del tipo de cátodo común, todos los cátodos de los leds o segmentos están unidos internamente a una patilla común que debe ser conectada a potencial negativo (nivel “0”). El encendido de cada segmento individual, se realiza aplicando potencial positivo (nivel “1”) por la patilla correspondiente.

FIGURA 2.1. Los displays de ánodo y cátodo común.

Es muy frecuente conectar a cada uno de los segmentos con una resistencia de absorción que limite el paso de corriente hacia los mismos. En el entrenador “UNIVERSAL TRAINER” se han empleado displays de ánodo común del modelo SA43-11HWA o equivalentes. El diagrama de pines del mismo se puede observar en el esquema de la figura 2-2.

2.3 Esquema electrónico Se muestra en la figura 2-2 y corresponde al montaje implementado en el entrenador, al que se le han añadido un conjunto de interruptores de entrada para controlar individualmente cada uno de los segmentos del display.

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FIGURA 2.2. Esquema electrónico de montaje.

2.4 Materiales necesarios 2.5 Montaje práctico • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Cables de conexión

Según el esquema anterior y, a la vista de la fotografía de la figura 2-3, no es necesario emplear ningún componente adicional. Basta con unir, mediante cables de conexiones, los distintos interruptores con los segmentos de los displays. El display U7 queda habilitado al conectarse su patilla común, D0, con el positivo de alimentación de +5VDC.

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PRÁCTICA 2/2 – 2

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

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PRÁCTICA 2: El display de 7 segmentos FIGURA 2.3. Montaje práctico.

2.6 Desarrollo de la práctica Como la patilla común D0 del display U7 del entrenador, está conecta a +5VDC, el display está permanentemente habilitado al tratarse de un display de ánodo común. Cuando se aplica nivel lógico alto por D0, los distintos segmentos del display podrán encenderse o no dependiendo del nivel lógico que se les aplique individualmente. A nivel “0” el segmento se enciende, en caso contrario permanece apagado. Aplicando las oportunas combinaciones binarias mediante los interruptores E0-E7 a los segmentos del display, se puede conseguir que este visualice y represente, entre otros, los distintos símbolos numéricos.

DIGITO

A=(E0)

B(E1)

C(E2)

SEGMENTOS D(E3) E(E4)

F(E5)

G(E6)

DP(E7)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Completar la siguiente tabla de la verdad indicando qué segmentos deben activarse para representar algunos de los caracteres alfanuméricos propuestos, bien sea en mayúsculas o en minúsculas. Algunos de ellos serán imposibles de representar sobre un display de 7 segmentos.

DIGITO A B C D E F G H I J K L M N Ñ O P Q R S T U V W X Y Z

A=(E0)

B(E1)

C(E2)

SEGMENTOS D(E3) E(E4)

Completar la siguiente tabla de la verdad indicando qué segmentos deben activarse para representar cualquier dígito del 0 al 9. Verificarlo aplicando mediante los interruptores los niveles lógicos apropiados.

F(E5)

G(E6)

DP(E7)

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2.7 Trabajo personal

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PRÁCTICA 2/3 – 1

PRACTICA 3: Decodificador BCD a 7 segmentos 3.2 Fundamentos teóricos básicos

3.1 Objetivos Controlar un display de 7 segmentos mediante el empleo de un decodificador comercial diseñado expresamente para ello.

Un decodificador BCD a 7 segmentos esta expresamente diseñado para controlar este tipo de displays. Recibe a su entrada el código binario BCD que representa el número a visualizar. A su salida el decodificador responde activando los segmentos necesarios, de forma que dicho número se vea iluminado. De la misma forma que existen displays de ánodo común y de cátodo común, también existen decodificadores para ambos tipos de displays. Un decodificador para displays de ánodo común tiene sus salidas activas mediante nivel “0”, dado que a de controlar los cátodos de los segmentos. Por el contrario, un decodificador para displays de cátodo común, tiene sus salidas activas por nivel lógico “1”, dado que ha de gobernar los ánodos de los segmentos de dicho display.

FIGURA 3.1. Diagrama de pines del decodificador BCD a 7 segmentos SN7447.

La tabla que se presenta a continuación describe la finalidad de cada una de las patillas de este dispositivo. Pin Nº 1, 2, 6 y 7 9, 10, 11, 12, 13, 14 y 15 8 y 16 3 5

4

Nombre B, C, D y A

Descripción Entradas. Por estas 4 patillas A,B,C y D, se introduce el código BCD de entrada del número a visualizar.

e, d, c, b, a, g, f Salidas. Se conectan a los 7 segmentos del display a controlar (a, b, c, d, e, f, g). Son activas por nivel “0”. GND y VCC Son las patillas de alimentación. GND a tierra y VCC a +5VD LT Entrada “Lamp Test”. Cuando se activa mediante nivel “0”, se iluminan todos los segmentos del display independientemente de las entradas A, B, C y D. RBI Entrada activa por “0”. Cuando está activada y el código BCD de entrada se corresponde con el del dígito 0 (0000), el display queda desconectado. El número 0 no se visualiza. Por otra parte la salida BI/RBO pasa a “0”. BI/RBO Entrada/salida. Si se aplica un “0” por esta patilla las salidas a los segmentos se desconectan dejando al display en blanco. Aplicando una señal de onda cuadrada se puede variar el brillo del mismo. Por otra parte si se introduce un “0” por la patilla 5 (RBI), esta señal actúa como salida y se pone a “0” cada vez que se introduzca el código BCD del número 0 (0000)

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3.3 Esquema electrónico

FIGURA 3.2. Conexión del decodificador a un display.

El dispositivo integrado SN7447 consiste en un decodificador BCD a 7 segmentos cuyas salidas son activas por nivel “0”, es decir, para displays de ánodo común. En la figura 3-1 se presenta el encapsulado del mismo con la distribución de patillas.

Se presenta en la figura 3-2.

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PRÁCTICA 2/3 – 2

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

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PRACTICA 3: Decodificador BCD a 7 segmentos • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER”

3.4 Materiales necesarios

• U1 C integrado SN7447 (decodificador BCD a 7 segmentos) • Cables de conexión

3.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 3-3. Básicamente consiste en emplear el display U7 del entrenador. La línea común D0 se conecta con +5VDC. Los interruptores E0-E3 del entrenador se conectan con las entradas A, B, C y D, por donde se generan los distintos códigos BCD de entrada.

FIGURA 3.3. Montaje Práctico.

3.6 Desarrollo de la práctica DIGITO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

I n t r o d u c i r, m e d i a n t e l o s interruptores E0-E3, los valores BCD correspondientes a los dígitos del 0 al 9. Completar la siguiente tabla de la verdad indicando los segmentos que se activan en cada caso.

E3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

ENTRADA BCD E2 E1 E0 A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1

B

SEGMENTOS DE SALIDA C D E F G

3.7 Trabajo personal Cuando se introducen valores binarios de entrada por encima del 9 (1001), el decodificador responde visualizando una serie de símbolos predefinidos. Completar la siguiente tabla de la verdad indicando qué segmentos se activan y dibujando el símbolo que aparece sobre el display.

E3 1 1 1 1 1 1

ENTRADA BCD E2 E1 E0 A 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

SEGMENTOS DE SALIDA B C D E F G SIMBOLO

Pon el interruptor E9, conectado a la entrada LT, a nivel “0”. Anotar qué se aprecia en el display y dar una explicación. Posteriormente volver a dejar ese interruptor en reposo, a “1”. Introducir el código BCD del dígito 0. Colocar la patilla 4 de U1 (BI/RBO) a la salida 128 del generador lógico de onda cuadrada. Seleccionar una baja frecuencia en el mismo colocando los tres switches en la posición ON. Describir brevemente lo que ocurre a medida que se aumenta la frecuencia. Indicar la utlidad que se le puede dar a esa patilla.

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El interruptor E9 genera la señal LT (“Lamp Test”). Debe estar normalmente a “1”.

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PRÁCTICA 2/4 – 1

PRACTICA 4: Multiplexores 4.1 Objetivos Dar a conocer este tipo de circuitos digitales que hacen las veces de conmutadores electrónicos capaces de distribuir información procedente de lugares diferentes.

4.2 Fundamentos teóricos básicos Por definición un multiplexor es un circuito capaz de canalizar información digital procedente de múltiples entradas sobre una única salida en un instante determinado. Nos podemos encontrar con diversas configuraciones: multiplexores de 2 entradas a 1 salida, de 4 a 1, de 8 a 1, etc. Unas señales de control se encargan de seleccionar qué entrada es la que se desea obtener por la salida. Un multiplexor de 2 a 1 tendrá una única señal de control, un multiplexor de 4 a 1 tiene dos señales de control, uno de 8 a 1 tendrá 3, y así sucesivamente. La figura 4-1 muestra una serie de conmutadores de 2, 4 y 8 contactos, equivalentes eléctricamente a multiplexores de otras tantas entradas. FIGURA 4.1. Equivalentes eléctricos de los multiplexores.

4.3 Esquema electrónico Se presenta en la figura 4-2

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FIGURA 4.2. Esquema de un multiplexor de 2 a 1.

Efectivamente se trata de un multiplexor de 2 entradas y una salida. Los interruptores E0 y E1 proporcionan la información para las entradas 0 y 1 respectivamente. El interruptor E9 selecciona la entrada cuya información estará presente en la salida representada por S0.

4.4 Materiales necesarios

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C. Integrado SN7404 (6 inversores) • U2 C. Integrado SN7408 (4 puertas AND) • U3 C. Integrado SN7432 (4 puertas OR) • U2 C. Integrado SN74258 (cuádruple multiplexor de 2 a 1) • U3 C. Integrado SN7447 (decodificador BCD a 7 segmentos) • Cables de conexión)

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PRÁCTICA 2/4 – 2

ELECTRÓNICA DIGITAL TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

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PRACTICA 4: Multiplexores 4.5 Montaje práctico Es el mostrado en la fotografía de la figura 4-3.

FIGURA 4.3. Montaje del multiplexor de 2 a 1.

Conectar las alimentaciones a los tres circuitos empleados. Las patas 7 se conectan a GND y las 14 a +5VDC. Los interruptores E0 y E1 actúan como canales para las entradas 0 y 1. El interruptor E9 permite seleccionar una de las dos entradas. El estado lógico de la entrada seleccionada se visualizará sobre el led de salida S0.

CONTROL E9 0 0 0 0 1 1 1 1

ENTRADAS E1 E0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1

SALIDA S0

FIGURA 4.4. Diagrama de tiempos del multiplexor de 2 a 1.

4.7 Trabajo personal El dispositivo integrado SN74258 contiene en su interior cuatro multiplexores de 2 a 1 gobernados por una señal de control común a todos ellos. El diagrama de conexiones se muestra en la figura 4-5 junto al esquema eléctrico equivalente. Montar el circuito del esquema de la figura 4-6

FIGURA 4.5. Diagrama de pines y equivalencia eléctrica Del cuádruple multiplexor de 2 a 1.

El circuito multiplexa dos códigos BCD distintos y los visualiza sobre dos displays de 7 segmentos. Cuando la señal de control generada por el interruptor E9 está a nivel “0”, el display U7 queda activado. El multiplexor presenta en sus cuatro salidas la información presente en las entradas 1A, 2A, 3A y 4A. Esta procede de los interruptores E0, E1, E2 y E3 del entrenador y a través de ellos se introduce el código BCD de las unidades a visualizar. Este código BCD se decodifica a 7 segmentos mediante U3 para, finalmente, visualizarse sobre el display U7 de unidades.

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4.6 Desarrollo de la práctica

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PRÁCTICA 2/4 – 3

PRACTICA 4: Multiplexores

FIGURA 4.6. Multiplexado sobre dos displays de 7 segmentos.

Cuando la señal de control generada por E9 está a nivel “1”, se activa el display U8. El multiplexor presenta sobre sus cuatro salidas la información presente en las entradas 1B, 2B, 3B y 4B. Esta procede de los interruptores E4, E5, E6 y E7 del entrenador y a través de ellos se introduce el código BCD de las decenas. Este se decodifica a 7 segmentos mediante U3 para, finalmente visualizarse sobre el display U8 de decenas. Conviene hacer notar que las salidas 1Y, 2Y, 3Y y 4Y del multiplexor U2 están negadas respecto a las entradas. La posición de los interruptores E0-E7 se debe tomar por tanto invertida, hacia arriba nivel “0” y hacia abajo nivel “1”. Comprobar que según lo explicado cuando E9 vale “0” sobre el display de unidades (U7) se visualiza el valor BCD introducido por E0-E3. El display de decenas U8 permanece apagado. Cuando vale “1”, sobre el display de las decenas (U8) se visualiza el valor BCD introducido por E4-E7. El display de unidades (U7) permanece ahora apagado. La señal de control se puede conectar a una de las salidas del generador lógico de onda cuadrada en lugar de al interruptor E9. De esta manera el multiplexado se realiza de forma automática y repetitiva. Durante un instante de tiempo se visualiza el valor BCD de E0-E3 sobre el display de unidades y luego el valor BCD de E4-E7 sobre el display de decenas y vuelta a empezar. Si se elige una baja frecuencia del generador (p.ej. la salida 128 y los tres switches de SW12 en ON), se aprecia perfectamente la intermitencia en ambos displays. A medida que aumentamos la frecuencia la intermitencia se hace cada vez menos acusada y los displays parecen estar ambos encendidos. Dar una explicación al fenómeno.

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PRÁCTICA 2/4 – 4 MICROSYSTEMS ENGINEERING

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PRÁCTICA 2/5 – 1

PRACTICA 5: El sumador 5.1 Objetivos Estudiar el funcionamiento de circuitos digitales capaces de hacer la suma aritmética entre uno o más bits de entrada.

5.2 Fundamentos teóricos básicos El circuito aritmético más simple es el llamado “Sumador Completo”. Este es capaz de sumar dos bits (A + B) y tiene en cuenta posibles llevadas previas procedentes de otros sumadores (Ci). A su salida genera un bit como resultado de la suma (S) y otro de posible llevada si se diera el caso (Co). El esquema por bloques se muestra en la figura 5-1 y debe responder a la siguiente tabla de la verdad.

ENTRADAS Ci A B 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

SALIDAS S Co 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1

FIGURA 5.1. Esquema por bloques del sumador completo con acarreo.

Conectando sumadores completos entre sí, se pueden obtener circuitos aritméticos capaces de sumar datos de varios bits. El esquema por bloques que se muestra en la figura 5-2, muestra el caso de un circuito sumador de 4 bits. Las entradas A1-A4 forman los cuatro bits del sumando A, las entradas B1B4 forman los 4 bits del sumando B. El resultado se obtiene por las salidas S1-S4. Así mismo se dispone de una entrada de llevada previa Ci y una salida de llevada en el 4º bit Co.

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5.3 Esquema electrónico

El esquema electrónico de la figura 5-3 presenta un circuito sumador completo de dos bits implementado con puertas lógicas típicas.

FIGURA 5.3. Esquema del sumador completo.

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PRÁCTICA 2/5 – 2

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PRACTICA 5: El sumador 5.4 Materiales necesarios

5.5 Montaje práctico

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C. Integrado SN7408 (4 puertas AND) • U2 C. Integrado SN7486 (4 puertas EOR) • U3 C. Integrado SN7432 (4 puertas OR) • U1 C. Integrado SN74LS283 (sumador completo de 4 bits) • U1 C. Integrado SN7447 (decodificador BCD a 7 segmentos) • Cables de conexiones

Se muestra en la fotografía de la figura 5-4 y no debe tener ninguna complicación. Se recuerda la necesidad de alimentar a todos los circuitos integrados que se empleen. En este caso las patillas 7 de cada uno de ellos se conectan a GND y las patillas 14 a +5VDC.

Figura 5-4. Montaje del circuito simulador

Para la comprobación del circuito basta completar la siguiente tabla de la verdad y comprarla con la del apartado 5.2.

5.7 Trabajo personal

ENTRADAS Ci A B 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

SALIDAS S Co

Consiste em emplear el dispositivo integrado SN74LS283. Se trata de un sumador completo de 4 bits cuyo diagrama de pines y símbolo lógico se muestra en la figura 5-5.

Figura 5-5. Diagrama de pines y símbolo del sumador SN74LS238.

El esquema del circuito de la figura 5-6 consiste en realizar un sumador de 4 bits empleando el dispositivo anterior. Montarlo y completar la tabla de la verdad que se expone a continuación.

FIGURA 5.6. Esquema del circuito sumador de 4 bits.

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5.6 Desarrollo de la práctica

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PRÁCTICA 2/5 – 3

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PRACTICA 5: El sumador

(Ci) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

E7 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1

ENTRADAS DATO A E6 E5 E4 E3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

DATO B E2 E1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1

SALIDAS SUMA (Co) E0 S3 S2 S1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1

S0

El esquema que se propone en la figura 5-7 es similar al anterior en cuanto a que usa el sumador completo de 4 bits SN74LS283. Para mejorar la visualización del resultado se emplea, a modo de “calculadora”, un display de 7 segmentos con su correspondiente decodificador.

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FIGURA 5.7. Sencilla “calculadora”.

Completar la siguiente tabla de la verdad en la que se proponen diferentes sumandos de entrada. Anotar el resultado binario de las sumas, presente en las salidas S1-S4 del sumador, así como el símbolo que se visualiza en el display.

Se puede apreciar que bajo ciertas condiciones el display visualiza símbolos que no corresponden a números del 0 al 9. Dar una explicación del porqué de esas situaciones.

(Ci) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

E7 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0

ENTRADAS DATO A E6 E5 E4 E3 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0

DATO B E2 E1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1

E0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1

(Co)

S4

SALIDAS SUMA S3 S2 S1

DISPLAY

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PRÁCTICA 2/6 – 1

PRACTICA 6: El restador 6.1 Objetivos

Estudiar el funcionamiento de los circuitos digitales capaces de realizar la resta aritmética entre uno o más bits de entrada

6.2 Fundamentos teóricos básicos

ENTRADAS SALIDAS A B Ci SR Co 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1

El circuito más sencillo es el llamado “Restador Completo”. Es capaz de restar dos bits (A - B) y tener en cuenta posibles llevadas previas procedentes de otros circuitos restadores (Ci). A su salida genera el bit resultante de la resta (Sr) y otro de posible llevada de salida si se diera el caso (Co). El esquema por bloques se muestra en la figura 6-1 y debe responder a la siguiente tabla de la verdad.

FIGURA 6.1. Esquema por bloques y tabla de la verdad del restador completo.

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Conectando varios restadores completos entre sí, se puede construir circuitos aritméticos capaces de restar dos valores de varios bits cada uno. En la figura 6-2 se presenta el esquema por bloques de un circuito restador de 4 bits. Las entradas A1-A4 forman los cuatro bits del minuendo, las entradas B1-B4 corresponden a los 4 bits del substraendo. El resultado se obtiene por las salidas S1-S4. Así mismo se dispone de una entrada de llevada previa (Ci) y una salida de llevada en el 4º bit (Co).

FIGURA 6.2. Esquema por bloques de un circuito restador de 4 bits.

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PRÁCTICA 2/6 – 2

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PRACTICA 6: El restador 6.3 Esquema electrónico

FIGURA 6.3. Restador completo.

6.4 Materiales necesarios

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C.Integrado SN7486 (4 puertas EOR) • U2 C.Integrado SN7404 (6 inversores) • U3 C. Integrado SN7408 (4 puertas AND) • U4 C.Integrado SN7432 (4 puertas OR) • U2 C. Integrado SN74LS283 (sumador de 4 bits) • Cables de conexión

6.5 Montaje práctico

Se insiste en la necesidad de alimentar a los cuatro dispositivos integrados que se emplean en el montaje. Las patillas 7 de cada uno se conectan con GND, las patillas 14 con +5VDC. El led de salida So representa el bit resultante de las resta. El led de salida S1 representa la llevada de salida si la hubiera.

6.6 Desarrollo de la práctica

ENTRADAS SALIDAS A B Ci SR Co 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Para la comprobación del circuito basta con empletar la siguiente tabla de la verdad y compararla con la del apartado 6.2.

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El esquema electrónico de la figura 6-3 presenta un circuito restador completo de dos bits implementado con puertas lógicas. El bit A introducido mediante E0 representa al minuendo. El bit B introducido mediante E1 representa al substraendo.

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PRÁCTICA 2/6 – 3

TEMA 2: CIRCUITOS COMBINACIONALES

PRACTICA 6: El restador 6.7 Trabajo personal

Una técnica muy extendida en los circuitos aritméticos digitales es la realización de restas mediante suma de complementos. De esta forma se puede emplear un único circuito sumador y un circuito complementador. Mediante la señal de control CR se realiza la suma de los operandos A y B o bien la suma del operando A más el complemento del operando B, lo que dará lugar a la resta de ambos. Analizar y montar el circuito de la figura 6-4. FIGURA 6.4. Circuito sumador/restador.

Cuando la señal de control CR (E9) vale “0”, la unidad complementaria formada por las puertas EOR de U1, introducen los cuatro bits del dato B al circuito sumador U2. Se realiza la suma de ambos datos. Cuando la señal de control CR (E9) vale “1”, la unidad complementaria introducen al circuito sumador el complemento a uno del dato B más uno de llevada (complemento a dos). Este se suma con los bits del dato A dando lugar a un resultado equivalente a la resta de A menos B. En este tipo de circuitos, en el caso de realizar la operación de restar, tanto la entrada de llevada (Ci) como salida de la misma (Co) se debe interpretar invertida respecto al caso de realizar una suma.

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Completar la siguiente tabla de la verdad.

(Ci) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

E7 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1

ENTRADAS DATO A E6 E5 E4 E3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1

DATO B E2 E1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0

E0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1

(Co)

SALIDAS RESULTADO S3 S2 S1 S0

La fotografia de la figura 6-5 muestra el montaje del circuito correspondiente al esquema de la figura 6-4. FIGURA 6.5. Montaje del circuito sumador/restador.

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PRÁCTICA 2/7 – 1

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PRACTICA 7: Sumador con corrección a BCD 7.1 Objetivos Realizar un circuito de suma aritmética cuyo resultado sea ajustado a los valores BCD comprendidos entre el 0 (0000) y el 9 (1001).

7.2 Fundamentos teóricos básicos Efectivamente, en anteriores prácticas relacionadas con circuitos aritméticos, se pudo observar como el resultado de la operación era una resultado binario puro que puede exceder del rango de los valores BCD representados a continuación: Analizar la siguiente tabla donde se representan diferentes ejemplos de sumas que ofrecen distintos resultados. DATO A + DATO B = RESULTADO DATO A BCD 3 2 5 7 6 9 7 8

DATO B BINARIO 0011 0010 0101 0111 0110 1001 0110 1000

BCD 5 4 7 7 4 9 8 8

Se puede apreciar que, como consecuencia de sumar ciertos dígitos BCD, el resultado obtenido es mayor de 9 (1001) e incluso se genera llevada. En estos casos se puede emplear lo que se llama el ajuste decimal o BCD de forma que el resultado final se corresponda exactamente con resultados decimales. Dicho ajuste se realiza con ayuda de un segundo circuito sumador encargado de añadir 6 (0110) al resultado obtenido por el primero. Sumar 6 equivale en realidad a restar 10; 10 (1010) es el complemento a 2 del número 6 (0110). Se obtienen así resultados decimales comprendidos entre 0 y 9 más la llevada si la hubiera.

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Número 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

7.3 Esquema electrónico La figura 7-1 muestra el esquema electrónico de un circuito sumador con corrección a BCD.

Figura 7.1. Esquema del sumador con corrección a BCD.

Código BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

RESULTADO BINARIO 0110 0100 0111 0111 0100 1001 1000 1000

BCD/HE X 8 6 C E A 2 F 0

BINARIO 1000 0110 1100 1110 1010 0010 y llevo 1 1111 0000 y llevo 1

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PRÁCTICA 2/7 – 2

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PRACTICA 7: Sumador con corrección a BCD 7.4 Materiales necesarios

7.5 Montaje práctico

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1-U2 C. Integrado SN74238 (2 sumadores de 4 bits) • U3 C. Integrado SN7408 (4 puertas AND) • U4 C. Integrado SN7432 (4 puertas OR) • Cables de conexión

Deben alimentarse los cuatro circuitos integrados empleados. U1 y U2 se alimentan desde las patitas 16 +Vcc y 8 GND. U3 y U4 se alimentan desde las patitas 14 + Vcc y 7 GND. El sumador U1 realiza la suma de los operandos A y B de cuatro bits cada uno y que se introducen a través de los interruptores E0-E3 y E4-E7 respectivamente. E9 sirve para introducir un posible acarreo previo de entrada. El resultado binario de este sumador primario se aplica como sumando al segundo sumador U2. Las puertas lógicas contenidas en U3 y U4 detectan si dicho resultado es mayor de 9 o bien si hubo llevada. En este caso el segundo sumador U2 recibe como sumandos el resultado de la primera suma y el valor binario 0110 (6). El resultado ofrecido ahora es un resultado convenientemente corregido a BCD.

7.6 Desarrollo de la práctica

(Ci) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

E7 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1

ENTRADAS DATO A E6 E5 E4 E3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

DATO B E2 E1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1

SALIDAS RESULTADO (Co) E0 S3 S2 S1 S0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1

7.7 Trabajo personal Como trabajo personal se propone realizar el montaje del esquema de la figura 7-2. Se trata de visualizar sobre el display de 7 segmentos el resultado BCD de la suma realizada

Figura 7-2. Esquema de ampliación del sumador con corrección BCD.

Completar la siguiente tabla de la verdad.

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Si tras la primera suma se obtiene un resultado igual o menor de 9, el segundo sumador U2 realiza la suma de dicho resultado más 0000 (0). En este caso no hay necesidad de realizar la corrección.

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PRÁCTICA 2/8 – 1

PRACTICA 8: Circuitos comparadores 8.1 Objetivos Analizar el funcionamiento de estos circuitos capaces de comparar entre sí, dos magnitudes numéricas binarias.

8.2 Fundamentos teóricos básicos Efectivamente, los comparadores son circuitos de tipo combinacional capaces de comparar dos números binarios y determinar si ambos son iguales o cual de los dos es mayor (o menor). La figura 8-1 muestra el esquema por bloques de un comparador elemental de dos bits. Como resultado de comparar el bit del dato A con el bit del dato B, se pueden generar tres posibles salidas: I = que el bit A y el bit B sean iguales; M = que el bit A sea mayor que el bit B; m = que el bit A sea menor que el bit B. La siguiente tabla de la verdad relaciona los dos bits de entrada con las tres posibles salidas: Partiendo de este circuito básico se pueden realizar comparadores que comparen dos números de n bits, como el mostrado en el esquema por bloques de la figura 8-2, que compara dos números de cuatro bits cada uno. ENTRADAS A B l 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

SALIDAS M m 0 0 0 1 1 0 0 0

FIGURA 8.2. Comparador de 4 bits.

Se puede apreciar que está compuesto de cuatro comparadores. Cada uno de ellos compara un bit del dato A con el correspondiente del dato B. Se obtienen cuatro salidas individuales de igualdad: I3-I0; cuatro de A mayor que B: M3-M0 y otras cuatro de A menor que B: m3-m0. Mediante las ecuaciones lógicas que se muestran a continuación se pueden obtener tres únicas salidas globales que determinen si los cuatro bits del dato A son iguales a los cuatro del dato B (I); si el dato A es mayor que el B (M) o bien si el dato A es menor que el B (m). I = I0 • I1 • I2 • I3

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M = M3 + I3 • M2 + I3 • I2 • M1 + I3 • I2 • I1 • M0 m=I•M

8.3 Esquema electrónico La figura 8-3 muestra el esquema electrónico de un comparador de un bit (A) con otro (B).

FIGURA 8.3. Esquema de un comparador de 1 bit.

FIGURA 8.1. Comparador elemental de dos bits.

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PRÁCTICA 2/8 – 2

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PRACTICA 8: Circuitos comparadores 8.4 Materiales necesarios

8.5 Montaje práctico

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • U1 C. Integrado SN7404 (6 inversores) • U2 C. Integrado SN7408 (4 Puertas AND) • U3 C. Integrado SN7432 (4 puertas OR) • U1 C. Integrado SN7485 (Comparador de 4 bits) • Cables de conexión

Se muestra en la fotografía de la figura 8-4. Alimentar a los tres circuitos integrados que lo componen. Las patas 7 se conectan con GND y las 14 con +5VDC.

FIGURA 8.4. Montaje práctico del comparador de 1 bit.

8.6 Desarrollo de la práctica Una vez montado el circuito de la figura 8-3 basta completar la siguiente tabla de la verdad y compararla con la del apartado 8.2 para comprobar el correcto funcionamiento.

ENTRADAS A B l 0 0 0 1 1 0 1 1

8.7 Trabajo personal El dispositivo integrado SN7485 consiste en un comparador de dos números de 4 bits cada uno. La figura 8-5 muestra la distribución de pines así como el símbolo del mismo. FIGURA 8.5. Distribución de pines y símbolo del comparador SN7485.

La siguiente tabla presenta una descripción de las patillas Pin Nº Nombre 10, 12, 13, 15 A0, A1, A2, A3 9, 11, 14, 1 B0, B1, B2, B3 5 A>Bout 6 A>Bout 7 A>Bout 2 ABin 8, 16 GND, VCC

Descripción Entrada de los cuatro bits correspondientes al dato A Entrada de los cuatro bits correspondientes al dato B Salida del comparador A>B Salida del comparador A=B Salida del comparador AB: Se activa cuando el valor de los cuatro bits de la dato A es mayor que el valor del dato B • A=B: Se activa cuando los cuatro bits del dato A son iguales a los cuatro bits del dato B • AB, A=B y A