Universidad Simón Bolívar Departamento de

Universidad Simón Bolívar
Departamento de Electrónica y Circuitos
EC1723, Circuitos Digitales
Trimestre Enero-Abril 2011
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 CA
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. La tabla que se da a continuación
define el funcionamiento de la ULA en lógica “activo alto”.
Un circuito como el que se muestra a continuación 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 y los
resultados aritméticos se interpretaran 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 diseñarán 2 circuitos lógicos:
1. Circuito SELECTOR con las siguientes especificaciones.
• Dos entradas OP1 y OP0 que seleccionan una de cuatro operaciones (Suma, Resta, EXOR o NAND).
• 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 con los valores que se piden utilizando los valores:
• A= último digito del carnet de un miembro del equipo de Laboratorio
• B= valor negativo en complemento a dos del último digito del carnet del otro miembro del equipo.
Tabla 1. Funciones lógicas de la 74LS181 (caso de señales activas en alto)
SELECCIÓN
Resultado por tipo de operación
L=LOW / H=HIGH
S3
S2
S1
S0
L
L
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
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LÓGICA
M=H
ARITMÉTICA
Cn = L
ARITMÉTICA
Cn = H
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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 cálculo 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”. ¿Cuál
es 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 a sus entradas, ACTIVO ALTO ó ACTIVO BAJO? De acuerdo a
esto, qué lógica debe usar un dispositivo que genere los números a convertir?
b) Es más fácil utilizar este dispositivo junto a un display de 7 segmentos de ánodo común que junto a
un display de 7 segmentos de cátodo común. ¿Por qué?
3) Hacer el diseño de los 2 circuitos: CIRCUITO SELECTOR y CIRCUITO CONVERSOR de complemento
a dos a magnitud y signo. Estos diseños deben contemplar la decisión de utilizar lógicas de ACTIVO
ALTO ó ACTIVO BAJO de acuerdo con el estudio de los dispositivos principales.
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
OP1 OP0
0
0
0
1
1
0
1
1
Funcion
Suma
Resta
EXOR
NAND
S3
S2
salidas
S1 S0
CN
M
b) El diseño del CIRCUITO CONVERSOR de COMPLEMENTO a 2 a MAGNITUD y SIGNO, debe
elaborarse a partir de la Tabla de la Verdad que tendrá la forma que se da a continuación y que Ud.
Debe completar.
Valor
Entrada
Salidas
Salida de ALU (Comp. a 2)
(Magnitud y Signo)
F3
F2
F1
F0
D
C
B
A
SIGNO
0
1
2
3
4
5
6
7
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
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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 la sección 3) del prelaboratorio
funcionan correctamente, para valores de entrada utilizados en la Tabla 1, y otros arbitrarios.
Bibliografía:
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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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