Fundamentos de Electrónica - 3o Ingeniería Industrial Práctica 4

Fundamentos de Electrónica - 3o Ingeniería Industrial
Práctica 4 - Introducción al Laboratorio de Electrónica Digital
Circuitos Combinacionales1
Resumen
El objetivo de esta práctica es familiarizarse con la utilización de circuitos integrados digitales para llevar a cabo
funciones lógicas combinacionales sencillas.
Nota Importante: Para realizar esta práctica es necesario traer resueltos los enunciados.
1.
Circuitos Integrados Digitales
Para realizar los montajes en el laboratorio se emplean circuitos integrados (CIs) digitales de tecnología TTL, cuyo
aspecto físico se muestra en la Fig. 1.
Figura 1: Circuitos Integrados Digitales
Los CIs son componentes electrónicos activos, que necesitan para funcionar una alimentación de tensión continua
externa, cuyo valor depende de la tecnología con que estén fabricados. Las variables lógicas se representan mediante
tensiones eléctricas. En tecnología TTL, el 1 lógico se representa con una tensión positiva de cinco voltios (+5 Vdc) y el
0 lógico con una tensión de cero voltios (0 Vdc).
En tecnología TTL se dispone de CIs comerciales que realizan funciones lógicas básicas o combinaciones de las
mismas que dan lugar a funcionalidades mas complejas. En esta práctica se llevan a cabo experimentos con los CIs que
implementan las funciones lógicas NAND y NOR y un decodificador.
Las puertas lógicas, que en los esquemas se representan con los símbolos de la Fig. 2, se distribuyen dentro del CI
según los esquemas que se pueden observar en las hojas de características de los distintos fabricantes.
Figura 2: Puertas NOR y NAND
Para permitir una fácil identificación de los CIs, los fabricantes han adoptado una nomenclatura común que, en el caso
de los circuitos TTL, comienza con un conjunto de 2 ó 3 letras, que indican el fabricante. A continuación pueden aparecer
1 Práctica elaborada por los profesores Andrés A. Nogueiras Meléndez y Alfonso Lago Ferreiro, Departamento de Tecnología Electrónica de la
Universidad de Vigo, {andres dot nogueiras, alfonso dot lago} at uvigo dot es, 2003-2006
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Práctica 4 - Electrónica Digital - Combinacionales
dos números: el 54, que identifica a los circuitos que cumplen los requisitos para su utilización en aplicaciones militares,
o el 74, que identifica a los circuitos comerciales. A estos les sigue una serie de letras, que indica el tipo de subtecnología
TTL del circuito, y una combinación de números, y a veces alguna letra, que indican la funcionalidad del integrado.
En el laboratorio, los CIs que contienen las puertas NAND y NOR de dos entradas en tecnología TTL se identifican
por los números xxx74xxx00 y xxx74xxx02, respectivamente. Cada uno de estos CIs contiene cuatro puertas lógicas y 14
terminales de conexión. Ocho de ellos corresponden a las entradas de las puertas, cuatro a las salidas y los dos restantes
son para aplicar la alimentación al CI. Se vuelve a insistir en que todos los CIs digitales que se empleen en las prácticas
del laboratorio necesitan alimentación.
Para saber que patilla corresponde con las entradas o salida de las puertas lógicas es necesario interpretar los esquemas
de las hojas de características.
Para poder trabajar con los CIs se emplea la placa de prototipos, en la que no es necesario realizar ninguna manipulación de los CIs, sino que únicamente deben realizarse las conexiones necesarias. Esta tarea se lleva a cabo de forma
sencilla, empleando los cables.
Para establecer las señales de entrada se emplean, bien los cables de conexión para establecer niveles permanentes,
tanto de uno lógico como de cero lógico, bien el generador de funciones para establecer una señal que cambie de nivel o
aporte flancos de subida o bajada.
Para visualizar las señales de salida se emplea un circuito auxiliar, montado sobre placa de circuito impreso, como el
de la Fig. 3 (a). Este circuito está integrado por tres bloques.
(a) Placa
(b) Driver para LED
Figura 3: Circuito para visualizar señales en los circuitos digitales
El primer bloque, cuyo esquema se muestra en la Fig. 3 (b), consta de cuatro circuitos iguales, formados por un LED de
color rojo, conectado a través de un resistor de 330Ω a un circuito driver ULN2003. Este circuito trabaja en conmutación,
de tal forma que si la entrada de la puerta inversora está en nivel alto, la salida de la puerta está a nivel bajo y el LED se
enciende. En caso contrario, es decir, si la entrada de la puerta inversora está en nivel bajo, la salida de la puerta está a
nivel alto y el LED no brilla.
Estas mismas cuatro entradas son aplicadas a las entradas de un CI 74LS47, que permite decodificar un número BCD
de 4 bits en su representación de 7 segmentos, lo que conforma el segundo bloque. Los cables que corresponden a las
cuatro entradas son de color blanco. El cable de color azul corresponde al led que sirve para indicar el punto decimal en
el visualizador.
El cable de color verde proviene del tercer bloque, que es un generador astable a partir de un CI 555. En este terminal
es posible obtener pulsos digitales sin efecto rebote. Estos pulsos son de utilidad para hacer evolucionar los circuitos
secuenciales. Los cables rojo y negro corresponden, respectivamente, a la alimentación positiva (+5V dc) y negativa (0V)
del circuito .
En el caso de señales que evolucionen en el tiempo, es más adecuado emplear el osciloscopio para su visualizacion.
Para alimentar los CIs y el circuito de visualización se emplea la fuente fija de tensión continua de +5 Vdc, cuyos
terminales de salida están accesibles a la derecha de la parte inferior del panel frontal de la fuente del laboratorio.
Se recomienda emplear las zonas que contienen 25 huecos interconectados de la placa de prototipos para distribuir la
alimentación.
Notas Importantes: No se debe encender la fuente hasta que no se haya realizado la conexión de todos los cables. No
es necesario (ni, por otra parte, posible) regular el valor de la tensión de salida de la fuente fija.
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Fundamentos de Electrónica - Prácticas de Laboratorio
2.
Uso de los CIs
Para emplear los CIs en el laboratorio es necesario seguir una serie de pasos.
Identificar el CI.
Seleccionar las puertas e identificar los terminales correspondientes con ayuda de la hoja de características.
Observar la posición física del integrado en la placa de prototipos del laboratorio, ya que nos da una idea de las
conexiones que se deben llevar a cabo.
Conectar los terminales de alimentación de los CIs a los huecos correspondientes de la placa de prototipos.
Realizar las conexiones con otros CIs y/o con el visualizador de señales.
Realizar las pruebas correspondientes.
En los experimentos del laboratorio se emplean CIs de 14 y 16 terminales. Debe prestarse especial atención para evitar
cometer el error habitual de confundir los terminales por contar erróneamente las patillas.
3.
Experimento - Teorema del Álgebra de Boole
Se debe diseñar, montar y comprobar el funcionamiento de una puerta AND a partir de puertas NOR (7402).
Metodología Recomendada
Para llevar a cabo este experimento se llevan a cabo los siguientes pasos:
1.
Dibujar un esquema del circuito a montar, que se debe desarrollar a partir de lo explicado en clases de teoría.
2.
Establecer las señales de entrada para comprobar el funcionamiento de la puerta AND. Es decir, establecer una tabla
de verdad de todas las señales de entrada, intermedias y de salida para poder comprobar que el circuito funciona
correctamente.
3.
Completar el esquema numerando las patillas de las puertas de acuerdo con la hoja de características.
4.
Conectar las patillas de alimentación del CI.
5.
Conectar las entradas.
6.
Conectar las salidas.
7.
Conectar la alimentación de la placa de prototipos a la fuente de alimentación.
8.
Llevar a cabo las pruebas.
4.
Experimento - Teorema del Álgebra de Boole
Se debe diseñar, montar y comprobar el funcionamiento de una puerta OR a partir de puertas NAND (7400).
5.
Experimento - Función Lógica Realizada con un
Decodificador BCD / Decimal
Se debe diseñar, montar y comprobar el funcionamiento de un circuito que realice la función lógica f = (a + b)c,
mediante un decodificador BCD / Decimal (7442) y puertas NAND de tres entradas (7410).
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