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 ~B0 ~B1 ~B2 ~B3 S0 S1 S2 S3 CN M ~F0 ~F1 ~F2 ~F3 CN4 AEQB ~P ~G 74LS181N 9 10 11 13 16 14 15 17 Símbolo Activo Bajo Tabla de la verdad Activo Bajo EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 1 de 6
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). EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 2 de 6
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 OP1 OP0 SUMA 0 0 RESTA 0 1 EXOR 1 0 NAND 1 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. EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 3 de 6
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 salidas Función OP1 OP0 S3 S2 S1 S0 notcn M Suma 0 0 1 0 0 1 1 0 Resta 0 1 EXOR 1 0 NAND 1 1 EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 4 de 6
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. Valor Entrada Salidas 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 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 EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 5 de 6
EQUIPO Carnet NOMBRE APELLIDO VALORES de A y B A = B = SELECCIÓN M = H M = L Operaciones Aritméticas VALORES OBTENIDOS S3 S2 S1 S0 LOGICAS CN H (no carry) C L (with carry) L L L L F A F A F A mas 1 L L L H F ( A B) F A B L L H L F AB. F A B L L H H 0 F A B mas 1 F A B mas 1 F F 1 ( compl a 2) F 0 L H L L F ( AB. ) F A mas ( AB. ) F A mas ( AB. ) mas 1 L H L H F B F A B mas ( AB. ) F A B mas ( AB. ) mas 1 L H H L F A B F A menos B menos 1 L H H H F AB. N F A menos B F AB. menos 1 F AB. LOGICAS No CARRY With CARRY H L L L F A B H L L H F A B H L H L F B F A mas AB. F A AB mas. mas 1 F A mas B F A mas B mas 1 F A B mas AB. F A B AB H L H H F AB. F AB. menos 1 F AB. H H L L F 1 H H L H F A B H H H L F A B F A mas A F A A mas. mas 1 mas mas 1 F A B mas A F A B mas A mas 1 F A B mas A F A B mas A mas 1 H H H H F A F A menos 1 F A TABLA 1 EC1723 Circuitos Digitales Práctica 2 Página 6 de 6