COMPUERTAS LÓGICAS, IMPLEMENTACIÓN DE UNA COMPUERTA NOR, XNOR Y CONVERSORES DE CÓDIGO

INTRODUCCIÓN
En la reciente práctica de laboratorio se realizaron experiencias con las compuertas lógicas y operaciones básicas, haciendo un análisis detallado de su principio de funcionamiento, las formas de conexión y la aplicación de las mismas en montajes sencillos y prácticos que nos introducen al diseño y desarrollo de circuitos digitales buscando aplicaciones puntuales al control e instrumentación. Inicialmente se ensambló un entrenador digital TTL llamado así por trabajar específicamente con circuitos integrados de dicha familia de la serie 74LSXX. Después de eso se ensambló una compuerta XOR y una compuerta XNOR basada en compuertas lógicas y no usando los circuitos integrados correspondientes a su referencia. Finalmente se ensambló un circuito que sumara y restara 2 entradas de acuerdo al número de entradas finalizadas. Por lo tanto, en este informe se presentarán los resultados de las experiencias realizadas previamente.
OBJETIVOS
·         Analizar el comportamiento y funcionamiento de las compuertas lógicas incluyendo parámetros como: cronogramas de tiempo, tablas de verdad, figura lógica, circuito básico y operación básica.
·         Comprender el código binario a través del entrenador personal.
·         Analizar detalladamente el funcionamiento de una compuerta XOR y XNOR mediante el uso de compuertas lógicas.
·         Aprender a elaborar y simplificar funciones lógicas para el diseño y desarrollo de circuitos digitales.
·         Analizar el comportamiento de un conversor  exceso 3
MATERIALES USADOS PARA EL DESARROLLO DE LAS PRÁCTICAS
1 Circuito integrado 74LS04
1 circuito integrado  74LS08
1 circuito integrado  74LS32
1 circuito integrado  74LS86
4 resistencias de 1kΩ
4 resistencias de 330Ω
4 diodos LED
Puentes de alambre
1 Dipswitch de 4 entradas/ 4 salidas
1 pinza de punta plana

 

1 pinza pela-cables.
 
PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS
ENTRENADOR DIGITAL.
Para el entrenador digital, inicialmente se procedió a armar en el protoboard el circuito propuesto por el docente que consistía de un DIPSWITCH, un juego de resistencias de 1kΩ un conjunto de LEDS  conectados con resistencias de 330Ω y la compuerta a probar. La etapa de regulación que consistía de un regulador de tensión 7805 no fue necesario armarla debido a que nuestro cargador entrega nominalmente a la salida 4.98 volts en DC
 
 
Una vez ensamblado el entrenador digital en la protoboard, se procedió a conectar una a una las compuertas lógicas para analizar su respectiva respuesta en salida en la tabla mostrada a continuación se describen las referencias de uso así como su función lógica.             
 
REFERENCIA
74LS14
74LS04
FUNCIÓN LOGICA
Y=
APLICACIONES
Disparador Trigger Schmitt
Inversor de estado lógico
CONFIGURACION DE PINES
 
 
CRONOGRAMA DE TIEMPO.
 
 
 
Donde la señal de entrada es la representada en el primer estado y la señal de salida identifica el estado de salida. Todo ocurre bajo un propio cronograma de tiempo propuesto por el diseñador.

 

COMPUERTA AND
SIMBOLO
REFERENCIA
74LS08
FUNCIÓN LOGICA
Y=A.B
APLICACIONES
Dispositivo operador binario de multiplicación
CONFIGURACION DE PINES
 
CIRCUITO EQUIVALENTE
CRONOGRAMA DE TIEMPO
 
Solo se activa si hay dos estados lógicos en nivel alto es decir A=1 B=1
COMPUERTA OR
SÍMBOLO
 
FUNCIÓN LOGICA
Y=A.+ B
APLICACIONES
Circuito operador de suma binaria
Acople de operaciones para otro juego de compuertas.
CONFIGURACION DE PINES
CIRCUITO EQUIVALENTE
CRONOGRAMA OR
 
 
Si cualquiera de los estados presentados para operar lógicamente presenta un nivel alto, la salida será un nivel alto. La única condición que no se obtenga un nivel alto es que ambas compuertas tengan a su salida dos niveles bajos
 
 
COMPUERTA XOR U OR EXCLUSIVA
SÍMBOLO
 
TABLA DE VERDAD
 
REFERENCIA
74LS86
FUNCIÓN LOGICA
Y=A. B
APLICACIONES
Adición, generación de números pseudo-aleatorios, intercambio de señales lógicas
CONFIGURACIÓN DE PINES
 
CIRCUITO EQUIVALENTE XOR
 
Se observa claramente que cuando hay 1 estado alto y un estado bajo, se activa el LED No se activará mientras ambos estados tomen valores iguales es decir de bajo-bajo y alto-alto.
Después de caracterizar las compuertas lógicas a través del entrenador digital, se procedió a realizar los montajes de los circuitos equivalentes de las compuertas XOR y XNOR para corroborar su funcionamiento. Estos fueron los resultados:
COMPUERTA XOR
Se extrajo la ecuación lógica equivalente para este circuito la cual está expresada de la siguiente forma:
El  análisis de la ecuación lógica es el siguiente: inicialmente tenemos una compuerta negadora cuyo valor que ingrese será negado o basculado por ejemplo si ingresa un nivel 1 lógico, a la salida saldrá un 0 lógico en la entrada de la compuerta AND 1, en el pin b de la compuerta AND A vemos que no existe negación alguna de la entrada, por ende en nuestra salida saldrá un estado negado y otro sin negar. La misma excitación ocurre en la compuerta and B con la diferencia de que el pin B estará negado y  la A no estará negada. Por ende nuestra función corresponde al fenómeno explicado. Una aplicación en sistemas de control sería activar una carga eléctrica bien sea un motor o solenoide cuando se presentan dos estados lógicos diferentes en ambas entradas, esas señales pueden ser tomadas desde sensores tales como ranurados o barreras infrarrojas o  bien pudiera ser sensores finales de carrera.
 
La  ecuación lógica básicamente indica que solo cuando hay presentes dos estados lógicos como 0 – 0 y 1-1 activará la salida binaria en 1, para extraer una ecuación lógica de una manera fácil solo debe conocer cuáles son los estados donde está presente el nivel alto o el 1 lógico. De esta manera será muy sencillo extraer el valor de salida.
 
Finalmente se procedió a montar un conversor de código exceso 3 y se procedió a realizar el análisis lógico de la ecuación para los 3 estados posibles
 
 
 
CONCLUSIONES
·         Gracias a las operaciones básicas que se derivan de las compuertas lógicas, es posible construir circuitos lógicos cuyas especificaciones o requerimientos dependen del usuario. Al día de hoy se utilizan para aportar operaciones binarias en sistemas embebidos y arreglo de compuertas programables FPGA. Por esta razón se destaca la versatilidad y eficiencia de estos dispositivos.
·         Los entrenadores personales tienen dos usos fundamentales. Primeramente nos ayuda a entender secuencias binarias de 4 posibles condiciones denotadas como(8-4-2-1) y el número de estados posibles donde podemos identificar los números binarios mediante la activación y desactivación de un dipswitch. Ahora bien, si queremos verificar el funcionamiento de las compuertas lógicas una a una por cada circuito integrado lo podemos realizar interconectando varios pines de entrada al dipswitch.
·         La compuerta XOR básicamente presenta dos estados de salida en nivel alto cuando una de sus entradas posee un nivel alto, si esta condición no ocurre no se obtendrá basculación o cambio a la salida, la única forma de que estas condiciones no ocurran es que a su salida dos niveles altos o bajos operen de forma lógica y saquen un nivel alto. Este parámetro ocurre con la compuerta XNOR. Básicamente para lograr este efecto, se debe analizar qué tipo de operación booleana se va a obtener a la salida y cómo será la lógica de cableado.
·         El código Exceso 3 se obtiene sumando 3 a cada combinación del código BCD natural. El código exceso 3 es un código en donde la ponderación no existe (no hay “pesos” como en el código BCD natural. Cada cifra es el complemento a 9 de la cifra simétrica en todos sus dígitos.
BIBLIOGRAFIA
TOCCI Ronald sistemas digitales, principios y aplicaciones Pearson education 1987 tema: compuertas lógicas, capitulo 3: descripción de los circuitos lógicos, capítulo 4, circuitos lógicos combinacionales.
http://unicrom.com/codigo-bcd-aiken-codigo-bcd-exceso-3/ información sobre el conversor de código exceso 3

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