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FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

ELÉCTRICA

18 DE ABRIL DE 2015

U N I V E R S I D A D N A C I O N A LM A Y O R D E S A N M A R C O S

Laboratorio de circuitos digitales FIEE-UNMSM

EXPERIENCIA 1

OPERACIONES CON PUERTAS LÓGICAS

I. Introducción En la teoría de circuitos lógicos digitales se tienen en cuenta dos estados lógicos.

Es común procesar las entradas a un sistema de tal forma que a la salida se tienen respuestas que son el resultado de la función lógica que realiza. Las funciones lógicas básicas son: OR, AND, NOT o inversión. En la práctica se disponen de puertas

lógicas, las que vienen en circuitos integrados C.I.s.

II. Objetivo Comprender el funcionamiento de cada una de las compuertas utilizadas en los

circuitos digitales, tales como los OR, AND, NOT, NOR, NAND y XOR.

III. Marco teorico

Compuertas LógicasLa construcción de las compuertas lógicas, está basada en componentes

discretos (Transistores, Diodos, y Resistencias), pero con la enorme ventaja de que en

un solo circuito integrado podemos encontrar 1, 2, 3 o 4 compuertas (dependiendo de

su número de entradas y propiedades).

Todos los circuitos internos de las compuertas están conectados de manera que las entradas y salidas puedan manejar estados lógicos (1 o 0).

Tablas de verdadUna tabla de verdad es una tabla que nos muestra la manera en que reacciona la

salida de una compuerta o circuito lógico, en función de sus entradas. En la tabla se describen todas las posibles variables de entrada y las consiguientes variables de salida.

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Operaciones LógicasLas operaciones lógicas básicas son 3 OR (suma), AND (multiplicación) y NOT

(negación), Tomando como base la operación que ejecutan, se le da a cada compuerta su nombre y símbolo en un diagrama, veamos con más detalle cada una de ellas:

Operación OR (+)Tomemos una compuerta con dos entradas (Variables A y B), y una salida

(Variable Z), al realizar la operación OR sobre las entradas A, B, el valor de la salida, Z

sería:

Z = A + B (o de manera gráfica) Z = A OR B

La siguiente tabla representa la tabla de verdad para una compuerta tipo OR, y su símbolo gráfico.

La tabla de verdad nos lleva a la conclusión de que si cualquiera de las entradas de una compuerta OR es ALTA, la salida también será ALTA; cualquier otra combinación nos dará una salida BAJA.

Por lo que podríamos resumir la operación OR como:

Si A o B son 1, Z será 1.Z = A + B se "traduciría" como Z es igual a A más B.

La operación OR es básicamente una suma, pero como sólo podemos tener 0 o 1, la suma de 1 + 1 será siempre igual a 1.

Si nuestra compuerta tuviera más entradas, la operación sería la misma, por ejemplo:

Z = A + B + C + D se "traduciría" como Z es igual a A más B más C más D.Z = 1 + 1 +1 + 1 = 1

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Operación ANDTomemos una compuerta con dos entradas (Variables A y B), y una salida

(Variable Z), al realizar la operación AND sobre las entradas A, B, el valor de la salida, Z sería:

Z = A * B (o de manera gráfica) Z = A AND B

La siguiente tabla representa la tabla de verdad para una compuerta tipo AND, y su símbolo gráfico.

La tabla de verdad nos lleva a la conclusión de que si todas las entradas de una compuerta AND son ALTAS, la salida también será ALTA, cualquier otra combinación nos dará una salida BAJA.

Por lo que podríamos resumir la operación AND como:

Si A y B son 1, Z será 1Z = A * B se "traduciría" como Z es igual a A por B

La operación AND es básicamente una multiplicación, pero como sólo podemos tener 0

o 1, la suma de 1 * 1 siempre será igual a 1.

Si nuestra compuerta tuviera más entradas, la operación sería la misma, por ejemplo:

Z = A * B * C * D se "traduciría" como: Z es igual a A por B por C por D.

Z = 1 *1 * 1* 1 = 1

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Operación NOTTomemos una compuerta NOT, este tipo de compuertas sólo tienen una

entrada, nuestra salida siempre será el opuesto a la entrada, al realizar la operación NOT en la entrada, el valor de X sería:

Z = A Negada (o de manera gráfica) Z = A

La siguiente tabla representa la tabla de verdad para una compuerta tipo AND, y

su símbolo gráfico.

La tabla de verdad nos lleva a la conclusión de que la salida de una compuerta NOT (Inversora) siempre será el nivel contrario a la entrada.

Combinaciones entre compuertasUna vez comprendido los resultados que obtenemos con las operaciones de las

compuertas lógicas básicas, podemos analizar las combinaciones básicas entre las

compuertas. Cada una de las uniones de las tres compuertas básicas, nos dan como resultado dos compuertas más, OR con NOT, y AND con NOT (De hecho serían tres, faltando la unión NOT y NOT, pero esta unión directa no es útil si se tiene sólo una

salida, ya que el resultado de la misma sería igual a la entrada).

Otro tipo de compuertas combinadas (no tan básicas ya que incluyen más de dos compuertas) que pueden utilizarse son la compuertas OR y NOR EXCLUSIVAS, veamos cómo están conformadas.

Compuerta NORLa siguiente imagen nos muestra el proceso de unión de las compuertas OR y

NOT para darnos como resultado la compuerta NOR.

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La tabla de verdad nos revela la diferencia entre una compuerta OR y una NOR.

La salida de una compuerta NOR es la inversión (negación) de la salida OR, en cualquier combinación de las entradas. Por lo tanto, las expresiones serían:

NOTA: La línea que se encuentra encima de la operación A + B significa negación o inversión.

Compuerta NANDLa siguiente imagen nos muestra el proceso de unión de las compuertas AND y

NOT para darnos como resultado la compuerta NAND.

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La tabla de verdad nos revela la diferencia entre una compuerta AND y una NAND.

La salida de una compuerta NAND es la inversión (negación) de la salida AND, en cualquier combinación de las entradas. Por lo tanto, las expresiones serían:

NOTA: La línea que se encuentra encima de la operación A + B significa negación

o inversión.

Compuerta XOR

La compuerta lógica XOR realiza una comparación de las entradassiendo el resultado 0 si las entradas son iguales o 1 cuando son diferentes.Debemos prestar atención para no confundir el funcionamiento porque esperamos que

el resultado sea 1 cuando son iguales.

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Símbolo de la compuerta "XOR":

Tabla de verdad de las compuertas "XOR”:

Entrada A Entrada B Salida

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

IV. MATERIALES E INSTRUMENTOS Dispositvos LED(3)

C.I.s 7432, 7408, 7404, 7402, 7400 y 7486

Resistores mayores a 500 ohms (opcional) a 0.5 vatio.

Fuente de tensión DC. Variable, reglada de 0 a 10 vatios

Miliamperímetro DC. Rango de 0 a 30 mA

Protoboard (1)

V. ProcedimientoSe comprobó la operación de cada puerta haciendo uso del indicador visual

indicando el estado de la salida según la tabla de verdad.

OR (C. I. 7432): las entradas azul (A) y blanco (B) solo cuando ambas están a

tierra (0) el LED no enciende.

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AND (C.I.7408): las entradas azul(A) y blanco (B) conectadas a 5v (1) hacen

encender el LED, en los otros casos o combinaciones el LED se encontrará apagado.

NOT (C.I. 7404): la entrada azul (A) a tierra (0) enciende el LED mientras que conectada a 5v (1) el LED se apaga.

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Para las funciones lógicas secundarias se comprobó la operación de cada puerta haciendo uso de la tabla de verdad. Se usó un indicador visual para la salida.

NOR (C.I. 7402); NAND (C.I. 7400); XOR (C.I. 7486) respectivamente de izquierda a derecha como se muestra en las figuras siguientes.

Para NOR las entradas azul(A) y blanco (B) cuando están conectadas ambas a

tierra (0) el LED enciende mientras que en otras combinaciones permanecerá apagado.

Para el NAND las entradas azul(A) y blanco (B) cuando estan conectadas ambas a

5v (1) el LED permanecerá apagado y en las demás combinaciones estará encendido.

Para el XOR si ambas entradas son iguales el LED permanecerá apagado caso contrario si son diferentes el LED encenderá.

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VI. Conclusiones y recomendaciones

Como conclusión podemos decir que la práctica del laboratorio ayuda a disipar muchas dudas y mejora la comprensión sobre los circuitos lógico digital, el montaje de diversos componentes ayuda a comprender su funcionamiento y agiliza su análisis en la resolución de problemas.

Otra conclusión que se puede dar es que los circuitos digitales abren una ventana hacia la automatización mejorando y acelerando la construcción de nuevos aparatos que día con día ayudaran al ser humano en sus tareas diarias.

Por último se concluye que estos circuitos pueden llegar a reemplazar cualquier

actividad humana, al ser estos muy versátiles y confiables.

Recomendaciones:

Al momento de montar los componentes se debe estar seguro que se siguió el diagrama correctamente, pues estos circuitos integrados son muy delicados y pueden llegar a dañarse.

Por otro lado para evitar problemas se recomienda utilizar conductores en buen estado y comprobar que no estén rotos internamente, para esto, solo se necesita medir

continuidad entre cada uno de sus extremos.

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