Cristian espinosa manual de prácticas de electrónica básica christian espinosa

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL CECYT 8 “NARCISO BASSOLS”

TALLER DE CONVERSIÓN DE MATERIAL DIDÁCTICO

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Autores: Prof. M. en C. Salvador Saucedo Flores Prof. Ing. Pablo Fuentes Ramos Alumno PIFI: Eduardo Flores Mejía.

1

Esta recopilación fue hecha por el Ing. Christian Gabriel Espinosa Chávez, quien realizó adaptaciones para la aplicación de las prácticas de electrónica industrial en el nivel medio superior. 2013

2

ÍNDICE

Práctica 1. Compuertas lógicas y sus tablas de verdad

5-12

Práctica 2. Algebra de boole

12-16

Práctica 3. Mapas de karnaug

17-23

Práctica 4. Sumador y restador

24-36

Práctica 5. Multiplexor y demultiplexor

37-45

Práctica 6. Decodificadores a 7 segmentos

46-55

Práctica 7. Multivibrador

56-67

Práctica 8. Contadores de 4 y 8 bits

68-75

Práctica 9. Registros de corrimiento

76-86

Proyecto final

87-111

3

Introducción La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión.

Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden varía entre 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que en los discos duros IDE de computadora.

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana (lógica binaria) y el sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas (cálculos) sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos.

La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de los sistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.

4

Práctica I

Nombre de la práctica: Compuertas Lógicas Básicas y sus Tablas de Verdad

Competencias particulares: Comprueba las tablas funcionales o de verdad de los componentes básicos Y (AND), O (OR), NO (NOT), NO-Y (NAND), NO-O (NOR), O-EXCLUSIVA (OREX) y NO-OEXCLUSIVA (NOREX), utilizando circuitos integrados.

Arma un circuito utilizando los circuitos integrados propuestos.

Duración: 2 horas.

Material necesario: Fuente de voltaje de 5V 1 DIP de 8 entradas 6 LED (diodo emisor de luz, por sus siglas en inglés), no importa el color 8 resistencias de 330 ohms 1 tablilla de conexiones (protoboard) Los siguientes circuitos integrados o equivalentes:74F08 (4 compuertas Y de 2 entradas), 74H00 (4 compuertas NO-Y de 2 entradas), 74S32 (4 compuertas O de 2 entradas), 74LS02 (4 compuertas NO-O de 2 entradas), 74HCT86 (4 compuertas O EXC de 2 entradas) y 74AHCT266 (4 compuertas NO-O-EXC de 2 entradas) Alambre para conexiones.

5

COMPUERTA LÓGICA AND La operación AND se ejecuta exactamente igual que la multiplicación ordinaria de unos y ceros. Una salida igual a 1 ocurre sólo en el único caso donde todas las entradas son 1. La salida es cero en cualquier caso donde una o más entradas son 0.

La símbolo de la compuerta AND se muestra en la figura adjunta, en este caso una compuerta Y de 2 entradas. La salida de la compuerta Y es igual al producto Y de las entradas lógicas; es decir: X=AB En otras palabras, la compuerta AND es un circuito que opera en forma tal que su salida es ALTA, sólo cuando todas sus entradas son ALTAS. En todos los otros casos su salida en BAJA. La tabla de verdad para la compuerta Y se muestra a continuación: Tabla de verdad A B 0 0 1 1

0 1 0 1

X=AB 0 0 0 1

COMPUERTA LÓGICA OR La operación lógica OR produce un resultado 1, cuando cualquiera de las variables de entrada es 1. La operación OR, genera un resultado de 0 sólo cuando todas las variables de entrada son 0. En la adición, 1+1=1, 1+1+1=1, etc.

La compuerta OR es un circuito que tiene 2 o más entradas y cuya salida es igual a la suma OR de las entradas. La figura adjunta, muestra el símbolo correspondiente a una compuerta OR de 2 entradas.

Las entradas A y B son niveles de voltaje lógicos y la salida (o resultado) X es un nivel de voltaje lógico, cuyo valor es el resultado de la adición O de A y B; esto es: X=A+B 6

En otras palabras, la compuerta OR opera de tal forma que su salida es ALTA si las entradas A, B o ambas están en un nivel lógico 1. La salida de la compuerta OR será BAJA, si las entradas están en un nivel lógico 0. A continuación se presenta la tabla de verdad de la compuerta OR: Tabla de verdad A B X=A+B 0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

COMPUERTA LÓGICA NOT La operación NOT difiere de las operaciones AND y OR en que ésta puede efectuarse con una sola variable de entrada. Por ejemplo, si la variable A se somete a la operación NOT, el resultado X se puede expresar como: X=A'=/A, donde el apóstrofe y la diagonal representan la operación NOT (también se usa una barra sobrepuesta). La operación NOT se conoce asimismo como inversor o complemento y estos términos se pueden usar como sinónimos.

El símbolo de la compuerta NOT se muestra en la figura adjunta, el cual se conoce comúnmente como INVERSOR (inverter en inglés). Este circuito siempre tiene una sola entrada y su nivel lógico de salida siempre es contrario al nivel lógico de esta entrada; es decir: X = A' = /A A continuación se muestra la tabla funcional para la compuerta NO: Tabla de verdad A

X = A'

0 1

1 0

7

COMPUERTAS LÓGICAS NAND y NOR Estas compuertas se utilizan intensamente en los circuitos digitales. En realidad combinan las operaciones básica AND, OR y NOT, las cuales facilitan su descripción mediante operaciones de álgebra booleana, como se verá posteriormente.

El símbolo correspondiente a una compuerta NAND de 2 entradas se muestra en la figura adjunta. Es el mismo que el de la compuerta AND, excepto por el pequeño círculo en su salida. Una vez más, este círculo denota la operación de inversión. De este modo la compuerta NAND opera igual que la AND seguida de un inversor; es decir: X = (A B)' = A' + B' La tabla de verdad de la compuerta NAND es: Tabla de verdad A B X = (A B)' 0 0 1 1

0 1 1 1

1 1 1 0

El símbolo correspondiente a una compuerta NOR de 2 entradas se muestra en la figura adjunta. Es el mismo que el de la compuerta OR, excepto por un pequeño círculo en su salida. Una vez más, este círculo denota la operación de inversión. De este modo la compuerta NOR opera igual que OR seguida de un inversor; es decir: X = (A + B)' = A' B' La tabla de verdad de la compuerta NOR es: Tabla de verdad A B X = (A + B)' 0 0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 0

8

COMPUERTAS LÓGICAS O EXCLUSIVA Y SU COMPLEMENTO Existe otra compuerta de uso frecuente que es la O EXCLUSIVA (O EXC) y su complemento o dual NO O EXCLUSIVA (NO O EXC).

En la compuerta O EXC, la salida será 1 sólo si una del total de las entradas está en 1 o el número de entradas con valor 1 es impar, y la salida será 0 si el número de entradas en 1 es par o todas las entradas están en 0; aquí se aplica una frase de la lógica de proposiciones, para dos entradas: una entrada u otra en uno pero no ambas.

El símbolo propuesto para la compuerta O EXC se muestra en la figura adjunta, siendo la expresión de salida de la compuerta: X = (A B') + (A' B) = A O EXC B La tabla de verdad para esta compuerta es: Tabla de verdad A B X = A O EXC B 0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

La compuerta NOT O EXC, en realidad combina las operaciones de las compuertas O EXC y NOT. El símbolo correspondiente se muestra en la figura adjunta. Es el mismo que el de la compuerta O EXC excepto por el pequeño círculo en su salida. Una vez más este círculo denota la operación de inversión. De este modo la compuerta NOT O EXC opera igual que la O EXC seguida de un inversor; es decir: X = (A B)(A' B') = (A O EXC B)' = A NO O EXC B La tabla de verdad de esta compuerta es: 9

Tabla de verdad A B X = A NO O EXC B 0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Armar el siguiente circuito topol贸gico para comprobar las tablas de verdad.

10

El circuito topológico también puede presentarse de la siguiente forma equivalente:

De los diagramas anteriores, se observa que en el LED (diodo emisor de luz) D1 se comprobará la compuerta AND de dos entradas; en D2 la tabla de verdad de la compuerta NAND de 2 entradas, y así sucesivamente.

A continuación se muestra la configuración interna de los circuitos integrados usados en los diagramas topológicos anteriores.

11

CUESTIONARIO     

  

En una compuerta Y de 2 entradas; si en una de sus entradas recibe un 0 y en la otra un 1, ¿Cuál es su salida?

Si una compuerta NAND recibe las mismas señales de entrada de la pregunta anterior, ¿Cuál es su salida?

Si a una compuerta OR llegan a sus entradas 2 unos, ¿Cuál es su salida?

Si en el circuito de la práctica se desconectan las entradas 1 y 2 del DIP, ¿Qué es lo que pasa si los diodos emisores de luz (LED)?

En un circuito integrado TTL (Transistor-Transistor-Logic, lógica-transistortransistor) en las entradas de cualquier compuerta, por definición, se considera ¿un 1 o un 0? ¿Qué es lo que pasa con un LED si se conecta en polarización inversa? ¿A qué rango de voltaje se le considera un 1 lógico? ¿A qué rango de voltaje se le considera un 0 lógico?

12

BibliografĂ­a ( Romeo Espinosa Ramos. Apuntes, 1987) (Ronald J. Tocci, 2003)

13