Práctica 2 - prof.usb.ve. - Universidad Simón Bolívar

Universidad Simón Bolívar
Departamento de Electrónica y Circuitos
EC1723, Circuitos Digitales
Trimestre Septiembre-Diciembre 2012
Laboratorio - Práctica 2: Circuitos Combinatorios de Media Escala de Integración
Objetivo:
Familiarizarse con circuitos lógicos aritméticos de Media Escala de Integración (Medium Scale Integration MSI):
Unidad Lógico Aritmética 74LS181 y
Decodificador BCD a 7 segmentos 74LS47.
Material Necesario:
En esta práctica los circuitos a montar en el “protoboard” serán diseñados por Ud. Debido a esto, los componentes
electrónicos requeridos dependen de su diseño y la lista de materiales debe ser elaborada por Ud. mismo. A
continuación se especifican los materiales indispensables para la realización de la práctica.
Componentes indispensables
Un (1) 74LS181 ALU
Un (1) 74 LS 47
Un “display” 7seg Ánodo Común
Objetivos específicos. Estudiar el funcionamiento de la Unidad Lógico Aritmética “ULA” 74LS181.
1.1.
La Unidad Lógico Aritmética 74LS181 permite realizar funciones Lógicas y funciones Aritméticas entre 2
números binarios de 4 bits. Posee una (1) entrada “M” para seleccionar entre modo Lógico (M = “1”) o modo
Aritmético (M = 0); 4 entradas (S3, S2, S1, S0) para seleccionar la Operación a realizar y una entrada “CN”
para el Acarreo en funciones Aritméticas. El usuario esta en libertad de interpretar los resultados aritméticos
como números sin signo o como números con signo en complemento a dos. Las tablas que se dan a
continuación definen el funcionamiento de la ULA en lógica “activo bajo” y en lógica “activo alto”.
2
23
21
19
1
22
20
18
6
5
4
3
7
8
~A0
~A1
~A2
~A3
~F0
~F1
~F2
~F3
~B0
~B1
~B2
~B3
CN4
AEQB
9
10
11
13
16
14
~P
~G
15
17
S0
S1
S2
S3
CN
M
74LS181N
Símbolo Activo Bajo
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Tabla de la verdad Activo Bajo
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Símbolo Activo Alto
Tabla de la verdad Activo Alto
Un circuito como el que se muestra a continuación, simulado en MULTISIM, permitiría estudiar el comportamiento de la
ULA en todas sus funciones (48 operaciones = 16 operaciones lógicas y 32 operaciones aritméticas).
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En esta práctica solo se estudiará el comportamiento de la ULA en 4 funciones SUMA, RESTA, EXOR y NAND e
interpretaremos los resultados aritméticos en complemento a dos.
En este caso es deseable:
Reducir la cantidad de entradas de control a la ULA de 6 entradas a 2 entradas.
Poder visualizar los resultados aritméticos en magnitud y signo empleando un display 7 segmentos.
Para cumplir con estos requerimientos se le pide que diseñe 2 circuitos lógicos:
1. Circuito SELECTOR con las siguientes especificaciones.
Dos entradas OP1 y OP0 que seleccionan una de cuatro operaciones en la forma que se especifica
Función
SUMA
RESTA
EXOR
NAND
OP1
0
0
1
1
OP0
0
1
0
1
Seis salidas que sirven de control a la ULA: S3, S2, S1, S0 , CN y M.
2. Circuito CONVERSOR de Complemento a dos a Magnitud y Signo con las siguientes especificaciones.
Cuatro entradas; F3, F2, F1 y F0
Cinco salidas; Signo, D, C, B, A.
Signo es F3 directamente y D,C,B,A representan el valor absoluto del resultado.
Una vez diseñado estos 2 circuitos su montaje tendrá una presentación como la que muestra la figura que se le da a
continuación. Recuerde que los componentes que requerirá dependerán de su diseño por lo que se le pide que los
haga con la anticipación debida.
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Prelaboratorio:
1.- Estudiar el funcionamiento de la ULA 74LS181 para responder las siguientes preguntas.
a) Llenar la Tabla 1 dada a continuación que se anexa al enunciado de esta práctica con los valores
que se piden utilizando:
i)
A= último digito del carnet de un miembro del equipo de Laboratorio
ii) B= valor negativo en complemento a dos del último digito del carnet del otro miembro del equipo.
b) El manual del 74LS181 indica que el dispositivo puede trabajar con entradas y salidas ACTIVAS EN
ALTO y ACTIVAS EN BAJO. De acuerdo con esto, ¿Qué consideraciones deben tomarse en cuenta
para diseñar y conectar otros circuitos a este chip?
c) El 74LS181 tiene internamente un circuito que adelanta el calculo de el acarreo conocido con el
nombre de “CARRY LOOK AHEAD” que da los valores que se tienen en los pines de salida “P” y “G”
. Se pide que investigue sobre la funcionalidad de estos 2 pines de salida.
2.- Estudie el funcionamiento del decodificador BCD a 7 segmentos 74LS47 y responda:
a) ¿Qué lógica utiliza el dispositivo en sus entradas, ACTIVO ALTO ó ACTIVO BAJO? De acuerdo con
esto, ¿que lógica debe utilizar un dispositivo que genere los números a convertir?
b) El Decoder 74LS47 esta diseñado para alimentar displays 7 segmentos ANODO COMUN o para
displays 7 segmentos CATODO común. ¿Por qué?
3.- Hacer el diseño de los 2 circuitos pedidos: CIRCUITO SELECTOR y CIRCUITO CONVERSOR de
complemento a dos a magnitud y signo.
a) El diseño del CIRCUITO SELECTOR se inicia con la elaboración de la Tabla de la Verdad del
circuito, que tendrá la forma que se da a continuación y que Ud. debe completar.
entradas
Función OP1 OP0
Suma
0
0
Resta
0
1
EXOR
1
0
NAND
1
1
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S3
1
S2
0
salidas
S1 S0 notCN
0
1
1
M
0
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b) El diseño del CIRCUITO CONVERSOR de COMPLEMENTO a 2 a MAGNITUD y SIGNO, debe
iniciarse con la elaboración de la Tabla de la Verdad que tendrá la forma que se da a continuación y
que Ud. debe completar.
Entrada
Valor
F3
F2
F1
Salidas
F0
D
C
B
A
SIGNO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
7
6
5
4
3
2
1
4.- Traer montados en “protoboard” la ULA y los 2 circuitos diseñados por Ud
Laboratorio:
1) Alimentar y probar el dispositivo 74LS181 sólo (dispositivo, alimentaciones y cables a VCC y TIERRA
donde corresponda), para asegurar que el dispositivo se comporta de acuerdo con lo estudiado en el
prelaboratorio, y determinar si su diseño debe ser ajustado o no.
2) Probar y ajustar, de ser necesario, los circuitos diseñados y montados en el punto 2) del prelaboratorio
funcionan correctamente, para valores de entrada utilizados en la Tabla 1, y otros arbitrarios.
Bibliografía:
DATA SHEETS de componentes: http://focus.ti.com/lit/ug/scyd013b/scyd013b.pdf
DATA SHEET DEL 74LS181 http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/560/331377_DS.pdf
D. Gajski. Principios de Diseño Digital
J. Wakerly. Diseño Digital. Principios y Práctica
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Carnet
EQUIPO
NOMBRE
APELLIDO
VALORES de A y B
A=
B=
SELECCIÓN
M=H
LOGICAS
M = L Operaciones Aritméticas
S3
S2
S1
S0
L
L
L
L
F
A
F
A
F
L
L
L
H
F
( A B)
F
A B
F
A B mas 1
L
L
H
L
F
A .B
F
A B
F
A B
L
L
H
H
F
0
F
L
H
L
L
F
( A.B)
F
L
H
L
H
F
B
F
A B mas ( A.B )
F
L
H
H
L
F
A
F
A menos B menos 1
F
L
H
H
H
F
A.B
H
L
L
L
F
A
H
L
L
H
F
H
L
H
L
F
H
L
H
H
F
H
H
L
L
H
H
L
H
H
H
H
CN
B
F
B
H (no carry)
1 (compl a 2)
A mas ( A.B )
A.B
menos 1
CN
A mas 1
mas 1
0
F
A mas ( A.B ) mas 1
A B mas ( A.B ) mas 1
A menos B
A.B
F
A mas A.B
F
A mas A.B mas 1
F
A mas B
F
A mas B mas 1
B
F
A B
A.B
F
A.B menos 1
F
F 1
F
A mas A
F
A mas A mas 1
H
F
A B
F
A B mas A
F
A B mas A mas 1
H
L
F
A B
F
A B
F
A B
H
H
F
A
F
A
EC1723 – Circuitos Digitales – Práctica 2
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B
mas A.B
mas A
A menos 1
F
F
LOGICAS
L (with carry)
F
F
VALORES OBTENIDOS
A B
mas A.B mas 1
A.B
mas A mas 1
A
TABLA 1
Página 6 de 6
No CARRY
With CARRY