CBTIS 122 CIRCUITOS DIGITALES ACADEMIA DE MECATRONICA INDICE

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1 CYNTHIA P. GUERRERO SAUCEDO PALOMA G. MENDOZA VILLEGAS

2 INDICE 1. USO DEL PROTOBOARD Y COMPONENTES BASICOS SUMADOR BINARIO DE 4 BITS EVALUACION DE UN CIRCUITO LOGICO DE 3 VARIABLES IMPLEMENTACION DE UN CIRCUITO LOGICO A PARTIR DE SU EXPRESION BOOLEANA SIMPLIFICACION DE FUNCIONES BOOLEANAS POR MEDIO DE TEOREMAS SIMPLIFICACION DE FUNCIONES BOOLEANAS POR MEDIO DE MAPAS K FLIP-FLOP SR CON COMPUERTAS NAND Y NOR DECODIFICADOR BCD 74LS47 A DISPLAY DE 7 SEGMENTOS ÁNODO COMÚN GENERADOR DE PULSOS CON EL CI 555 Y CONTADOR ASCENDENTE/DESCENDENTE DEL 0 AL 9 CON EL CI 74LS REGISTRO DE CORRIMIENTO CON EL 74LS MULTIPLEXOR Y DEMULTIPLEXOR 20 CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 1

3 PRACTICA #1 USO DEL PROTOBOARD Y COMPONENTES BASICOS Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: El alumno conocerá las instalaciones del taller de sistemas digitales, incluyendo el reglamento del laboratorio, las mesas de trabajo y equipo disponible. Además, aprenderá a conectar material electrónico en el protoboard para probar su funcionamiento y polarizará un CI. Material: 4 Leds (de cualquier color) 4 Resistencias 330Ω Y 4 resistencias de 1KΩ 1 micro boton pulsador 1 Dip switch de 4 posiciones 1 CI 74LS83 Pinzas de punta Pinzas de corte 1 metro de Cable UTP par trenzado 1 Protoboard Equipo: 1 Multímetro Fuente de voltaje Cables para fuente (bananacaiman) Introducción: El taller de Mecatrónica 1B brinda soporte a la materia de Circuitos Digitales. Dispone de instrumentos de medición básicos como son multímetros y osciloscopios, fuentes de tensión, generadores de señal y componentes electrónicos. Además, cuenta con equipo de cómputo como apoyo complementario a la realización de las prácticas. Antes de iniciar la práctica el alumno debe llenar un vale para solicitar el material que utilizará durante la realización de la misma. Lo ideal para la realización de las prácticas de laboratorio es que el estudiante tenga su propio material (componentes electrónicos y herramienta básica). En esta práctica el estudiante conocerá físicamente algunos de los componentes que utilizará durante el curso. CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 2

4 Desarrollo: a) El protoboard Un protoboard es una tablilla de experimentos que se utiliza para realizar las prácticas del taller. El protoboard se divide en dos secciones principales: conexión de fuentes de alimentación y conexión de componentes principales. La continuidad que existe entre cada punto de conexión se debe a que por debajo de la tablilla existen unas placas conductoras. En la sección de fuentes de alimentación la continuidad es por filas, mientras en la sección de componentes la continuidad es por columnas. El protoboard tiene filas en la parte superior e inferior para conectarse a +5 V y tierra. Cada hilera se divide en dos, para tener una fila continua, es necesario conectar con alambre cada mitad como se indica en la figura siguiente. Algunas tablillas utilizan colores para identificar a qué fuente están conectadas, el rojo se utiliza para +5V y el azul para tierra (GND). Realiza las siguientes conexiones en tu protoboard: b) El led Un LED es un dispositivo de dos terminales ánodo (+) y cátodo (-). Cuando se polariza directamente, esto es, ánodo a un nivel positivo de tensión y cátodo a un nivel más negativo, el LED se polariza y enciende. Si se conecta al contrario, no se polariza y por lo tanto no enciende. Es muy importante siempre conectar un resistor limitador de corriente al LED, de lo contrario se convertirá en un diodo emisor opaco (se quemara). Realiza las siguientes conexiones y prueba el encendido del led: Encapsulado ánodo ánodo (+) Cátodo (-) cátodo CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 3

5 c) El botón pulsador En las siguientes figuras se indica la forma en que se pueden conectar los botones pulsadores o interruptores para proporcionar un uno (5V) o un cero (0V). Como se puede observar, el botón pulsador se conecta a 5V y la resistencia a tierra, la unión de los dos proporciona la salida lógica de cero o uno. La resistencia se utiliza para evitar un corto circuito entre 5V y tierra. Si el botón pulsador está abierto, la salida se conecta a tierra a través de la resistencia a tierra para generar el 0 lógico. El 1 lógico se obtiene al cerrar (presionar) el botón pulsador pues los 5V pasan directamente a la salida. Salida: cero o uno Salida: cero o uno Salida: cero o uno Si conectamos un LED a la salida podremos ver que cuando el LED esta encendido tenemos un uno y cuando el LED esta apagado tenemos un cero. Debemos de colocar antes del LED una resistencia de 330Ω para limitar la corriente que pasa a través de él y así evitar que se queme. Realiza las siguientes conexiones y prueba el encendido del led al presionar el botón pulsador: d) El dip switch El dip switch no es más que un arreglo de interruptores en línea que se presentan en un formato encapsulado. Los interruptores DIP son siempre interruptores de tipo palanca, en los cuales los centrales tienen dos posiciones posibles "ON" o "OFF". Realiza las siguientes conexiones y prueba el encendido de los leds al cambiar la posición de las palancas del dip switch: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 4

6 e) Los CIs Un circuito integrado (CI) es un circuito electrónico en miniatura construido sobre un soporte de silicio y que viene generalmente en un encapsulado negro con patillas de metal para su conexión con otros elementos. Las terminales del circuito integrado se distribuyen en un patrón definido. En uno de los extremos de la parte superior del circuito integrado aparece una ranura o círculo. Las terminales se enumeran en sentido contrario al del giro de las manecillas del reloj a partir de dicha ranura. La identificación de los CIs se hace con un número de código que está estampado en la parte superior de éstos. Ranura o muesca 74LS83 Antes de iniciar cualquier práctica, es necesario buscar en internet la hoja de especificación de datos del CI ( ) en donde aparece toda la información del CI. En dicha hoja podemos observar el diagrama de terminales, el cual especifica dónde conectar la fuente de alimentación, las señales de entrada, las de salida y las de control o habilitación, como se puede ver en la siguiente imagen. Los circuitos integrados (CIs) se insertan en el protoboard de modo que cubran la ranura que está en la parte media. El acceso a cada terminal del circuito se hace vía los grupos verticales de cinco conexiones continuas. Siempre deben conectar primero las terminales Vcc (+5 V) y la tierra o GND (0V). Coloca el CI en el protoboard y realiza las siguientes conexiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 5

7 Preguntas: 1. Para qué se utiliza el protoboard? 2. Qué función tienen los botones pulsadores? 3. Para qué se utilizan los LEDs? 4. Cómo debe insertarse un CI a la tablilla de pruebas? 5. Cómo se enumeran las terminales de un CI? Conclusiones personales: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 6

8 PRACTICA #2 SUMADOR BINARIO DE 4 BITS Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Que el alumno practique la suma de números binarios y compruebe sus resultados con un circuito sumador de 4 bits. Material y equipo: 8 Resistencias de 1KΩ 5 Resistencias de 330Ω 2 Dip switch de 4 posiciones o 1 dip switch de 8 posiciones 4 Leds 1 CI 74LS83 1 Protoboard 1 Pinzas de punta 1 Pinzas de corte Cable para protoboard 1 Multímetro 1 Cargador de celular o pila de 9V Introducción: El CI hace la suma de dos números de cuatro bits, A 4 A 3 A 2 A 1 y B 4 B 3 B 2 B 1, más un acarreo de entrada C 0 (C in ) que proviene de una suma previa: C0 A4 A3 A2 A1 + B4 B3 B2 B1 Estas entradas se proporcionan manualmente +5V para 1, 0V para un 0 En la siguiente figura se muestra el CI 74LS83 y su configuración de terminales. Las entradas (A 1, A 2, A 3, A 4, B 1, B 2, B 3, B 4 y C 0 ) que quedan flotando (esto es, sin conectar) son interpretadas por el CI como unos. Si no se desea un acarreo hacia la primera columna (C 0 =0), entonces debe conectarse a tierra. El C 0 (o C in ) es un acarreo que viene de una suma previa. Las salidas ( 1, 2, 3 y 4 también pueden aparecer como S 1, S 2, S 3 y S 4 ) son el resultado de la suma, y se conectan a los LEDs para observarlas. Un 1 en la salida debe encender el LED, mientras que un 0 no debe hacerlo. C4 (o Cout) representa el sobre flujo o acarreo hacia la columna siguiente. C0 A4 A3 A2 A1 + B4 B3 B2 B1 C El 7483 está diseñado para realizar la operación de suma A+B=Σ. Si se requiere de otra operación como la resta de A-B, entonces el valor de B de ser negativo A+(-B)=A-B. El valor negativo de B se puede representar en complemento a 1 o complemento a 2. CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 7

9 Desarrollo: a) Realiza de manera teórica las siguientes sumas de números binarios: Decimal Binario A B Σ A 4 A 3 A 2 A 1 B 4 B 3 B 2 B 1 C b) Realiza las siguientes conexiones en el protoboard y comprueba los resultados de las sumas anteriores. Dip switch 1 Dip switch 2 Preguntas: 1. Si el sumador es de 4 bits Cuál es el resultado máximo que se puede obtener de la suma de dos números? 2. Qué parte del circuito nos indicara que el resultado de la suma es incorrecto? Y Por qué? 3. Qué sucede si la terminal del acarreo de entrada Cin (C0) no se conecta ni a tierra ni Vcc? Conclusiones personales: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 8

10 PRACTICA #3 EVALUACION DE UN CIRCUITO LOGICO DE 3 VARIABLES Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Que el alumno se familiarice con el funcionamiento de cada uno de las compuertas lógicas y la realización de circuitos lógicos. Material: 1 Led 1 Dip Switch 4 posiciones 1 CI CI CI Resistencia 330Ω Protoboard Introducción: Recuerda que en un CI se comienzan a contar las terminales a partir de la muesca en el sentido antihorario, como se muestra en la siguiente imagen: Muesca Dentro de cada uno de los CIs de esta práctica encontramos un determinado número de compuertas, por ejemplo, en el 74LS08 tenemos cuatro compuertas AND. Cada una de las compuertas tiene conectadas sus entradas y salida a ciertas terminales del CI. En la imagen de la derecha podemos ver que para la primera compuerta las dos entradas corresponden a las terminales 1 y 2, mientras que la salida corresponde a la terminal 3. No hay que olvidar que para cada CI siempre se deben conectar primero las terminales Vcc (+5 V) por medio de una resistencia (330Ω) y la tierra o GND (0V) por medio de un cable. Para el 74LS08, 74LS04 y 74LS32 Vcc corresponde a la terminal 14 y GND a la terminal 7. CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 9

11 Desarrollo: 1. Dibuje la configuración de terminales de los CIs faltantes: AND 74LS08 NOT 74LS04 OR 74LS32 2. En el siguiente circuito escriba en cada una de las entradas y salidas de cada compuerta el número de terminal al que corresponde en base a la configuración de terminales que dibujaste en el paso 1. Dip switch 3. Obtén la función booleana del circuito del paso 1: 4. Arma el circuito del paso 2 y en base al comportamiento del circuito llena la siguiente tabla de verdad: Numero en decimal A B C Salida Y Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 10

12 PRACTICA #4 IMPLEMENTACION DE UN CIRCUITO LOGICO A PARTIR DE SU EXPRESION BOOLEANA Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Que el alumno implemente circuitos lógicos a partir de su expresión booleana. Material: Compuertas según circuito Resistencias 330 Ω 2 Leds 1 Dip Switch 4 posiciones Protoboard Cable telefónico Desarrollo: 1. Dibuje el circuito de la siguiente expresión Booleana: C(AB+BC) 2. Obtenga teóricamente la tabla de verdad del circuito del paso Arme el circuito del paso 1 4. Obtenga de manera práctica la tabla de verdad del circuito del paso 1. A B C Salida Y (Teórica) Salida Y (Practica) Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 11

13 PRACTICA #5 SIMPLIFICACION DE FUNCIONES BOOLEANAS POR MEDIO DE TEOREMAS Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Que el alumno compruebe cada uno de los teoremas booleanos. Material: 1 CI 74XX Resistencias 330 Ω 2 Leds 1 Dip Switch de 4 posiciones Protoboard Cable telefónico Desarrollo: 1. Obtenga la función proporcionada por la siguiente tabla de verdad: A 2. Simplifique la función usando los teoremas: B C Salida Y 3. Dibuje el circuito del paso 2: 4. Arme el circuito del paso 2 y comprueba la tabla de verdad del paso 1. Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 12

14 PRACTICA #6 SIMPLIFICACION DE FUNCIONES BOOLEANAS POR MEDIO DE MAPAS K Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Utilizar los matas K para la simplificación de funciones booleanas. Material: Compuertas según circuito Resistencias 330 Ω 2 Leds 1 Dip Switch de 4 posiciones Protoboard Cable telefónico Desarrollo: 1. Obtenga la función booleana proporcionada por la siguiente tabla de verdad: A B C Salida Y Simplifique la función utilizando los mapas K: 3. Dibuje el circuito del paso 2: 4. Arme el circuito del paso 3 y comprueba la tabla de verdad del paso 1. Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 13

15 PRACTICA #7 FLIP-FLOP SR CON COMPUERTAS NAND Y NOR Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Conocer el funcionamiento de los flip-flops SR Material: 1 CI CI 7402 Resistencias 330 Ω 2 Leds, 2 botones pulsadores Protoboard Cable telefónico Desarrollo: 1. Qué es un Flip-Flop? 2. Arme cualquiera de los siguientes circuitos: Set Q Set Q Q Reset Reset Q 3. Llene la tabla de verdad: LATCH NAND SALIDA SALIDA SET RESET Q Q 0 0 Invalido Sin cambio LATCH NOR SALIDA SALIDA SET RESET Q Q 0 0 Sin cambio Invalido 4. Cómo funciona el flip-flop SR? : Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 14

16 PRACTICA #8 DECODIFICADOR BCD 74LS47 A DISPLAY DE 7 SEGMENTOS ÁNODO COMÚN Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Comprobar el funcionamiento de un decodificador de BCD a display de 7 segmentos Material: 1 74LS47 5 Resistencias 470Ω 1 Dip Switch de 4 posiciones 1 Display de 7 segmentos ánodo común 1 Protoboard Cable para protoboard Desarrollo: 1. Pruebe los segmentos del display. Posicione el selector del multímetro en la función de prueba de diodos. Conecte la punta roja del multímetro en la terminal común del display (ya que para el display de ánodo común cualquiera de sus terminales común debe conectarse a Vcc y en el display cátodo común cualquiera de sus terminales común debe conectarse a tierra) y conecte la punta negra en el resto de las terminales como se muestra en la siguiente figura, al ir cambiando la punta negra se prenderán cada uno de los 7 segmentos. Escriba la letra de cada segmento en su terminal correspondiente: 2. EL decodificador 74LS47, transforma el código binario en el código de 7 segmentos que será visualizado en el display. Posee 4 entradas y 7 salidas, una salida para cada segmento. Para un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (activada o desactivada). CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 15

17 Realice el siguiente circuito: B 3. Qué sucede si conectas la terminal 3 del CI 7447 a tierra?: 4. Vuelva a conectar la terminal 3 del CI 7447 a voltaje y escriba el valor que se muestra en el display al tener los siguientes valores de entrada: DCBA 0000 SALIDA DISPLAY DCBA 0011 SALIDA DISPLAY DCBA 0110 SALIDA DISPLAY DCBA 1001 SALIDA DISPLAY Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 16

18 PRACTICA #9 GENERADOR DE PULSOS CON EL CI 555 Y CONTADOR ASCENDENTE/DESCENDENTE DEL 0 AL 9 CON EL CI 74LS190 Nombre de alumno: Grupo: Objetivo: Comprobar el funcionamiento del generador de pulsos y el contador ascendente/descendente Material: Generador de pulsos CI 555 Resistencia de 47 KΩ o Potenciómetro de50kω 1 Resistencia 10 KΩ 1 Resistencia 220 Ω 1 Led 1 Capacitor 47uF 1 Capacitor 0.01uF Contador 1 CI 74LS190 7 Resistencias 100 Ω 1 CI 74LS47 Display de 7 segmentos ánodo común Desarrollo: 1. Realice el siguiente circuito generador de pulsos: 2. Gire la perilla del potenciómetro y escribe lo que sucede: 3. Realice el siguiente circuito contador y una el circuito del paso 1 con el circuito del paso 3. CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 17

19 Se conecta con el Vout del 555 (terminal 3) 4. Qué sucede si la terminal 5 del CI 74LS190 la cambias a voltaje?: Conclusiones: CYNTHIA PATRICIA GUERRERO SAUCEDO PALOMA GUADALUPE MENDOZA VILLEGAS 18

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