Curso combinacionales sencillos mediante circuitos integrados de baja escala de integración.

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DEL MATERIAL INFORMÁTICO Curso PRÁCTICA 1: Estimación de tiempos de retardos y realización de circuitos combinacionales sencillos mediante circuitos integrados de baja escala de integración. OBJETIVO: Aplicación del osciloscopio, para la estimación del tiempo de retardo de una puerta lógica básica. Familiarización con la utilización de circuitos integrados de baja escala de integración, para la construcción de circuitos combinacionales elementales, e interpretación de las hojas de características del fabricante. MATERIAL NECESARIO Placa de inserción: 2 elementos Hilos de cableado rígido de colores para placa de inserción: o Color negro 3m o Color rojo 3m o Color azul 3m o Color blanco 3m o Color verde 3m Diodos LED: o 4 color rojo o 1 color verde o 2 de color ámbar Interruptores dip switch cuádruple: 2 unidades Circuitos integrados: o 74HC (4 puertas NAND de 2 entradas): 3 unidades Resistencias de 1K?, 1/4 w y tolerancia del 1%: 6 unidades Capacidad de 1µF: 1 unidad. NOTA: Las hojas de características de los circuitos integrados están disponibles en la página web de la asignatura. TIEMPO DE REALIZACIÓN La práctica se llevará a cabo durante cinco sesiones de prácticas, tutoradas por profesores de la asignatura. ENTREGA DE RESULTADOS Con las mediciones obtenidas a lo largo del desarrollo de la práctica, se conformarán unas plantillas de resultados, según los modelos publicados a tal efecto. Dichas plantillas se entregarán al profesor de prácticas al finalizar las correspondientes sesiones de esta primera práctica. FMI, Pr 1, curso 24_25 1

2 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA PARTE 1 Estimación del tiempo de retardo de una puerta NAND Para efectuar una valoración estimativa del tiempo de retardo de una puerta NAND, se utilizará un circuito oscilador basado en la conexión de un número impar de puertas lógicas NAND, trabajando como inversores, formando un bucle según se representa en la figura 1. Figura 1. Esquema de once puertas realimentadas Si se supone que la salida de la puerta NAND 11 se halla a cero, ello fuerza a que, tras un cierto tiempo, requerido para que se efectúe la propagación de la señal, la salida de NAND 1 conmute a uno; a su vez, esto determina que, tras un cierto espacio de tiempo, la salida de NAND 2 conmute a cero, lo cual produce que tras otro corto espacio temporal, la salida de NAND 3 conmute a uno, y así sucesivamente. Resumiendo, las puertas impares del circuito conmutan a uno, mientras que las pares lo hacen a cero; en particular la puerta NAND 11 conmuta uno. Este valor de salida en la última puerta, NAND 11, se propagará a través de todo el circuito y tras un cierto tiempo, el circuito volverá a conmutar. El oscilador así construido, genera una señal periódica. El valor de la frecuencia de oscilación, F = 1/T dependerá de la suma de los retardos de las N puertas (en este caso N = 11) que formen el bucle y dado que cada una de los N puertas realiza en un ciclo completo, una conmutación a nivel alto y otra a nivel bajo, el periodo, T, vendrá dado por la expresión: T = N(T LH + T HL ) 2NT R En la ecuación anterior se ha considerado que los retardos asociados con las dos conmutaciones, son iguales. El valor de la frecuencia de oscilación disminuirá según aumente el número de puertas conectadas, N. De manera experimental se procederá al montaje del circuito sobre la placa de inserción, según el esquema representado en la figura 2. FMI, Pr 1, curso 24_25 2

3 NOTA: La capacidad C, conectada entre masa y alimentación, reduce los posibles ruidos generados en el circuito Figura 2. Montaje práctico para la medición del tiempo de retardo Se conectarán todas las puertas de los tres chips una concatenada con la otra. Se recomienda disponer de un trozo de cable, que permita realizar la conexión entre la entrada de la primera puerta y la salida de la puerta número once. La señal que se observará será siempre la salida de la puerta número doce del tercer chip (pin nº 6), que como puede deducirse, es el valor negado de la salida que se realimenta a la entrada, tomada de la puerta número 11 (pin nº 3). Tómese como valor de la tensión de alimentación 2,5V. Adjúntese a la memoria una gráfica con la señal de salida del oscilador tal y como se visualice en el osciloscopio. Tomando como valores para la tensión de alimentación 3,5V y 4,5V, obténganse los correspondientes valores del tiempo de retardo y rellénese la tabla adjunta. Tensión de alimentación 2,5V 3,5V 4,5V Tiempo de retardo PARTE 2 Construcción de un multiplexor 2:1 con puertas NAND. En este apartado se implementará un circuito combinacional sencillo; concretamente un multiplexor 2:1, basado en puertas NAND. Se utilizará para el montaje, las 4 puertas NAND que contiene el circuito integrado 74HC, siguiendo el esquema representado en la figura 3. FMI, Pr 1, curso 24_25 3

4 Figura 3.Multiplexor 2:1 construido con puertas NAND de dos entradas Experimentalmente los valores de las entradas de datos y de control, así como la salida, se gestionan mediante unos interruptores dip swicth que permiten las conexiones a las tensiones de alimentación. La visualización de dichas señales, se realiza sobre unos diodos LEDS conectados a unas resistencias, según puede observarse en la figura 4; en dicha figura también se puede visualizar la conexión de los terminales del circuito. verde ámbar rojos Figura 4. Conexión de los terminales del circuito integrado Se rellenará la plantilla correspondiente, con los valores de tensión obtenidos experimentalmente, y se adjuntará a la memoria. Las mediciones de la tensión se realizarán con los equipos disponibles en el puesto de laboratorio. FMI, Pr 1, curso 24_25 4

5 Construcción de un multiplexor 4:1 Para finalizar esta primera práctica de laboratorio, se utilizará el circuito combinacional implementado en el apartado anterior, para la construcción de un multiplexor 4:1, siguiendo el esquema de bloques representado en la figura 5 E 3 E 2 1 S 1 C 1 1 S E 1 S C E 1 C 1 Figura 5. Multiplexor 4:1 construido con multiplexores 2:1 Antes de acceder al laboratorio, se realizará: 1. El ejercicio de clase número 1, con las especificaciones de la función lógica del multiplexor 4:1, según el esquema de bloques de la figura El esquema de conexiones del sistema con los símbolos de las puertas lógicas. 3. Un esquema del montaje eléctrico a realizar sobre la placa de inserción, utilizando los elementos construidos en el apartado anterior. Utilícense diodos leds rojos, para las entradas de datos, ámbar para las de control y verde para la salida. Con los resultados de los apartados 2 y 3, se conformará la correspondiente plantilla y se entregarán al profesor, al inicio de la última sesión de laboratorio de esta práctica. Esta última sesión se dedicará al montaje del sistema completo sobre la placa de inserción y a la comprobación de su correcto funcionamiento. FMI, Pr 1, curso 24_25 5