Casaabiertaalti

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA-IZTAF’ALAPA

Divisldn de Ciencias BOsicas e Ingenieria Departamento de Ingeniería Ellctrica Are8 de Ingettierla Electrbnicr

LABORATORIO DE DISERO LOGIC0 PrSc:ticas

Lozano Moreno, Jorge Duchón SInchez , Gonzalo

Rssumen. Se presenta el manual de pr lct icas de laborator io para la U.E.A. DiseAo Lagico, pertene- ctente a la car rera de Licenciatura en COmpUtaCión.

No. 2 J u n t o , 1987

Av. Michoacán y Purísima, Col. Vicentina, Iztapalapa, O.F. C.P. 09340. Tel. 686-03-22

018ERO LOGIC0

PROLOG0

ser cans~derada como una de las más nuevas, pues

simult5nea con la Licenciatura en Computac~ón,

dentro de la Dlvisión de Cie'ncias Báslcas e lngen

La unidad de enseñanza aprendizaje (u.e.a.) DESENO LOGIC0 puede

su creación fué

la más reciente

ieria.

I mpar t

hasta

ha presentado la necesidad constante de contar con

Sólo hace tres años que se empezó a

trimestre 84-P), y durante el tiempo transcurrido

ir (en el

ahora, se

una buena

cantidad de material didáctico, que apoye al profesor durante el

proceso de enseñanza-aprendizaje.

I

HBs delicada e importante resulta la necesidad de un buen

conJurtto de practicas para trabajar en el laboratorlo. Más aún

si s t considera que despu6s dlel Tronco Común de CBI los alumnos

de esta licenciatura no vuelven a entrar a un laboratorio y, por

los medios normales, nunca han tenido contacto con equtpo

electr6nico hasta llegar a Diseño Lógico.

As¡ pues, el caudal de conocimientos y experiencias

nuevas que se habrsn de volcar sobre el alumno, puede llevar a

result-ados desastrosos si no se tlene el cu~dado suficiente. En

este aspecto el laboratorio desempeña un papel fundamental.

Es necesario empezar desde la identificaclón del equipo y

material bastcos, como son: osciloscopios, fuentes, multTrnetros,

generadores de señales, tablillas de experimentación, pinzas,

alambre, etc. Para, llegar a diseños complejos y funcionales, que

demuestren el aprovechamiento logrado a lo largo de I 1 semanas

de trabajo intenslvo.

El conjunto de prácticas que aquí se presentan (9 en

total), tiene por objettvo untformar la enseñanza en el

laboratorio de Diseño Lógico. Se han pensado de tal forma que la

evolución y avance logrados en la Teoría van de la mano con la

verificación experlmental. Para cualquter tema importante visto

en clase corresponde una prsctica que busca reafirmar los

conocimientos adqulridos previamente.

También se ha Intentado que la información que no se

llegue a cubrir en l a teoria (por razones obvtas de tiempo), se

adqulera durante cada una de las prlcttcas, a través de preguntas

En general, se ha ~ntentado que en cada práctica no se

plerda la objetividad, cayenldo en diseños de circultos inütiles y

desconocidos que no tienen rieIac16n con la realidad. En todas se

ha buscado diseñar y construlr circuitos que resuelven problemas

reales y sobretodo famlliarles para el alumno, tomando en cuenta

su formaclbn computacional lograda sólidamente durante cas1 6

trimestres.

Es deseo de los autores que la utllidad de estas

practicas quede manifiesta durante la enseñanza de esta

disciplina de la ElectriSnica, tan bon~ta y a la vez tan

interesante, motivando al alumno para que no queden ah1 sus

conocimientos, e intente avanzar para comprender la esencia de

cualquier máquina computadora.

J . L . M . y G. I . D . S .

i i i

PRACTICA 1 I Introducción a. l os Circuitos L6gicos

I . OBJETIVOS

a) Que el a 1 umno compruebe experimentalmente el

comportamtento de las compuertas básicas y se famlltartce

con el maneJo de los c~rcuitos lógicos de la familta TTL.

b) Que se inicie en el uso y aplicación de los manuales

técntcos para los circuitos mencionados.

I I . cnso DE ESTUDIO

Reconocer las tablas de verdad de las compuertas ióglcas más

importantes, y revisar sus característlcas mas Importantes,

como el tiempo de retardo y la potencia disipada.

I l l . #ATERIAL EMPLEADO

Generador de funciones

osciloscoplo

Fuente de poder (+5 V )

Tablilla de experlmentaclón

Diodos emisores de luz (LED's)

4 Resistencias de 330 Ohms

Pinzas

1 7400

1 7402

1 7404

1 7408

1 7432

1 7486

1

1 V . DESARROLLO

l . Utlllzando los manuales, obtener las configurac~ones de

cada clrculto tntegrado, y en base a gstas, conectarlos

para verlficar la tabla de verdad de cada una de las

disttntas compuertas.

2. Comparar las tablas de verdad obtenidas con las mostradas

en el manual

Nota: Antes de conectalr los clrcultos, comprobar que la

tensi6n de la fuente sela la adecuada (+5 Volts), cuidando de

no po 1 ar I zar i nversamen te.

V. CUEST I ONAR I O

1 ,

2 ,

3 .

4 .

5 .

LQu6 famllias lbgicas exlsten? Olga sus CaracterÍsticas.

¿Cuales son las diferentes escalas de integrac

Circuitos integrados? Explique bajo quii cr

clasiftcan.

~ ó n de los

i terlo se

¿Que se conoce como Fan-in y Fan-out?

Mencione la subfamlllas de que está compuesta la familia

TTL. Diga sus características.

¿Cree que es importante el tiempo de retardo de una

compuerta y su consumo de energia? ¿Por qu6?

2

V I . CONCLUSIONES

V I I . Rl8LlOGRAFlA

- Texas Instruments Inc., The TTL Data B O O K , 1981.

- Mano, M o r r ~ s M., Dig~tal Design, PrentiCe-Hall, 1984,

- H i l l & Peterson, Introduction to Swltchlng Theory and

Loglcal Deslgn, John Wiley & Sons, 1981.

- Texas Instruments Inc. Designing with TTL Integrated

Circuits, McGraw-Hi 11, 1975.

j lm'8S

3

PRACTICA 2 Ani1 i s i s de Lógica Combinatorla

I . ORJETI VOS

Que el alumno construya clrcultos Ióglcos a partir de sus

respectivos diagramas, usando circultos ~ntegrados. Así

mlsrno que analice y comprenda su funcronamlento, por Últlmo,

que identiflque la función real izada.

I I . CASO DE ESTUDIO

1 . Dados l o s circultos de la figura I , analizarlos y

obtener:

a) Las ecuaclones b'ooleanas de las funciones W, X, Y , Z ,

Fl y F2.

b) Las tablas de verdad de las mismas.

2. Descrlblr el funcionamlento de ambos clrcultos.

3. Oescribir el procedimiento de análisis empleado.

4. Olbujar el diagralma de alambrado de los clrcuitos

anteriores, ~ndicando claramente a qui5 pata de los

circuitos Integrados pertenecen.

4

I l l . MATERIAL EMPLEADO

Fuente de poder ( + 5 VI

Tablilla de exper~mentaclón

DIOUOS em~sores de luz (LEID’S)

Resistencias de 330 Ohms

vultimetro

I 7 4 0 4

1 7408

t 7432

Pi nzas

I V . OESARROLLO

Obtener experimentalmente las tablas de verdad para todas

12s sal~das en ambos clrcu~tos, comparar l o s resultados

obtenldos.

V. CUESTIONARIO

1 . ¿Qu€ se ent~ende por lóglca pos~tiva y lóglca negativa?

2. Expflque las caracterTstlcas más importantes de los

clrcultos comblnaclonales.

3. ¿Qué formas de aná1 I S ~ I S de crrcuitos Ibg~cos conoce?

4. Investigue S I en la!s computadoras se 1 legan a ut1 I izar

c~rcultos combinac~onales, de ser así explique las

funciones báslcas que desempeñan.

V I . CONCLUSIONES

5

V I I . BlBLlOGRAFlA

- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.

- Mano, Morrls M., Digital Descgn, Prent~ce-Hall, 1984.

- Boyce, Jefferson, m i t a l L o g i c Operatlon and Analysis,

2a. edición, Prentlce-Hall, 1982.

jlm'66

Y " n w

DD C i r c u i t o 7 z

C i r c u i t o 2

6

PRACT I CA 3 Diseño de Circuitos Combinatorios

1 . OBJETIVOS

Que el alumno se lnicle en el diseño de clrcuitos lógicos

combinatorios de utllldad y uso frecuente con apl ccaciones

r e a 1 es. AsT mismo, aplique l o s conocimientos teórlcos que

maneja acerca de l o s clrcuitos 16g1cos.

I I . CASO DE ESTUDIO

1 . Diseñar un circu~to que acepte un número de n bits en

binario y genere a la salida el mismo número codiflcado

en código Gray (o código reflejado).

2. Diseñar un circulto que acepte un nümero de tres bits y

genere a la salida un número igual a l cuadrado de l a

entrada.

J I I . HATERIAL EMPLEADO

Fuente de poder (+5Volts)

Tablilla de experlmentacrijn

D~odos emisores de luz (LIED'S)

4 Resistencias de 330 Ohms

Multimetro

Compuertas

P I nzas

7

I V . DESARROLLO

Obtener el diseño teórlco de cada clrculto e indicar

Claramente el procedimiento seguido. Comprobar experimental-

mente el funcionarnlento de ambos c~rcuitos.

V. CUEST I ONAR I O

l . LCuBl es 1 a importanc i a de los códigos para 1 a

transmlsión de datos?

2. Explique en detalle los códigos existentes.

3. ¿Que ventaja tiene el código Gray sobre l o s demás?

VI. CONCLUSIONES

VII. BIaLIOGRAFIA

- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.

- Mano, Morris M., Digltal Design, Prentice-Hall, 1 9 8 4 .

- Hill & Peterson, lntroductlon to Switching Theory and

Logical Design, John Wlley 81 Sons, 1 9 8 1 .

- Texas Instruments Inc. Des I gn i ng wlth TTL Integrated

Circuits, McGraw-Hill, 1 9 7 5 .

8

PRACT I CA 4 , Diseño de Circuitos. Combinatorios (Parte I I )

I . OBJET I VOS

el alumno:

Se familtarice en el uso y maneJo de los códlgos de

detección y correcclón de error.

Diseñe circuitos I6gicos uttl izando las técnicas

convencionales, por medio de circuitos de medtana escala

de integracidn ( M S I ) . ,

I I . CASO DE ESTUDIO

l .

2 .

3 .

4 .

Investigar todo lo referente a los cddigos de Hamming.

Diseñar un circuito para codificar una palabra de 4 blts

por medio del metodo de Hammtng.

Dlseñar un circut1;o para decodiftcar y detectar

errores de acuerdo al mgtodo de Hamming.

Un circuito combtnatorio ttene tres entradas (x, y, z),

tres salidas ( F l , F2, F3). Las funciones booleanas

simplificadas para el circutto son como s ~ g u e :

9

Diseñar el clrcuito 8combinatorlo correspondlente usando

Un decodificador (74155) y compuertas NANO externas.

1 1 1 . MATERIAL EMPLEADO

Fuente de poder (+5 Volts)

Tablilla de experimentación

Diodos emisores de luz (LEO'3)

Resistencias de 330 Ohms

Multímetro

Compuertas

1 74155

Pi nzas

I V . DESARROLLO

Obtener el diseiio teórico de cada circuito e ~ndicar

claramente el procedimiento seguido. Comprobar experimental-

mente el funcionamiento de todos los circuitos.

V. CUESTIONARIO

1 . Diseñe un circuito que detecte y corrija un error en un

mensaje de 7 bits codificado en Hammlng.

2. Dada una palabra de n blts encuentre una expresión

matemática para determinar el nümero de bits necesar~os

para codificarla por el método de Hamming.

3. Codifique, por el mGto~do de Hammlng, la s~guiente palabra

10

11010001 101 11010

4. El s~gutente mensaje fu6 codificado por e l mijtodo de

Hamming. Encuentre el error y corríJalo

5. Muestre el c~rcuito de un decodificador 5x32 constru~do

con cuatro decodificadores 3x8 (con las entradas de

habilitaclón) y un decodificador 2x4.

V I . CONCLUSIONES

V I I . BlBLlOGRAFlA

- Texas Instruments Inc.,, The TTL Data Book, 1981.

- Mano, Morrrs M., Digital Design, Prentice-Hall, 1984.

- Hill & Peterson, Introduction to Switching Theory and

Logical Design, John Wiley & Sons, 1981.

- Kohavi , Zv I . Sw i tch i ng and Finite Automata Theory,

McGraw-Hi í I , 1981.

j lm’86

1 1

PRACT I CA 5 , Diseño con Ctircuitos Combinatorios Usando M A I

I.OBJETIVOS

Que el alumno se familiarlce con el diseño y construcción de

c ~ r c u ~ t o s lógicos combrnatorlos utllizando circu~tos

electrónicos de mediana escala de Integraclón.

J I . CASO DE ESTUDIO

1 . DtseAar un ctrcuito que realice la multrpllcaccón arit-

mética de dos números dt: dos b i t s , empleando multiple-

xores de 8 a l .

2. Implantar la función mayoría M(x,y,z) = x y + xz + Y Z ,

utllizando un decodlfrcador del mínrmo tamaño posible.

1 1 1 . MATERIAL EHPLEADO

Fuente de poder ( + 5 Volts)

T a b l i l l a de experimen.tacrbn

Diodos emlsores de luz (LED's)

Resistencias de 330 Ohms

P I nzas

Multímetro

Compuertas

4 74151

1 741 3 8

I V. DESARROLLO

Construir cada uno de lo!; c~rcuttos ~ndicados y comprobar

experimentalmente su funclonamlento.

V. CUESTIONARIO

l . Dentro de la familia de clrcuitos integrados TTL exrste

una clas~ficación de acuerdo a las características

eléctricas de los componentes:

74xxx, 74Hxxx, 74Sxxx, 74LSxxx, 74Lxxx, 74ALSxxx, 74Fxxx

Explique detenidamente cada una de las clases.

2. Explique qué es un .circuito TTL con trlple estado, y

muestre alguna aplicación.

3. Conslderando que el mlultiplexor utilizado en la práctica

(74151) tiene una entrada de control adicional

(etiquetada como STROBE) , explique de qué manera se le

puede uti I tzar, para 'que a partlr de dos multlpiexores de

estos se forme uno solo de 16 a l .

VI. CONCLUSIONES

V I i . BlBLlOGRAFlA

- Mano, Morr I S M., jL6gi ca Digttal Y D ~ s e ñ o de

Computadores, Prentice-Hall Hispanoamerlcana, 1982.

13

- Texas Instruments Inc., The TTL D a t a Book, 1981.

- T o c c i , Ronald., Ststem#as Dig~tales: prlnclp~os y apl ~ c a -

CiOneS, Prentlce-Hall Hispanoarnerlcana, 1981,

jlm'86

1 4

PRACT I CA 6 Multivibradores Biestables (F 1 i p-F 1 OPS)

I . OBJETIVOS

Que el alumno:

a) Se famil larlce con el uso y comportamiento de los

circuitos lógicos secuenciales más elementales: los

blestables.

b) Y verlflque el funclonamiento de los biestables de uso

común.

I 1 . CASO DE ESTUDIO

1 . Investigar l o s circul'tos bSsicos de l o s biestables RS

(con y sin reloj), D, JK y T (con reloj).

2. Analizar l a s tablas caracterÍsticas y de exc~tación para

cada biestable.

I I I . HATER I A L EHPLEADO

Fuente de poder (+5 Volts)

Tablilla de experimentaclón

1 7400

1 7404

MultTmetro

osclloscopio

1 7408

1 7402

15

2 . LED' S

Pi nzas

2 Resistenclas 330 Ohms

I V. DESARROLLO

Comprobar experlmentalmente las tablas características Y de

excitación de todos l o s bieStableS lndlcados prevtamente.

Revisar el comportamiento de los blestables JK Y T cuando las

entradas estan puestas a 1 ¿Cual es la frecuencia de

oscilación a la salida a?

V. CUEST I ONAR I O

1 . ¿Se puede asegurar que los btestables son mlquinas

secuenclales? ¿Por qu$? Explique.

2. l o s biestables armados Y probados t i enen un

comportamiento criticlo en cuanto al tiempo de duractón de

la señal de reloj. Para ev~tar sucesos raros existen los

biestables Maestro-Esclavo y con disparo en el flanco.

E X ~ I ¡que de qu6 se tratan.

3. D6 eJemplos de aplicaciones reales de los blestables.

VI. CONCLUSIONES

V I I . BIBLIOGRAFIA

- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.

16

- H i l l & Peterson, rn,roduction to Swltchlng Theory and

Logtcal Design, John W ~ l e y & Sons, 1981.

- Troy Nagle & lrwln & Carroll, An Introduction t o Computer

Logic, Prentice-Hall, í 9 7 7 .

jlm'86

1 7

PRACT I CA 7 I Diseño de Circuitos Secuenciales Sincronos

1 . OBJETIVOS

Que el alumno se lntro~duzca a l dlseño de los clrcu~tos

tógicos secuenclales, y corrobore experlmentalmente su

funcionamiento.

I I . CASO DE €STUD 10

l . Diseñar un circuito detector para la secuencia 00110010,

conslderando que puede haber traslape y que la secuencia

se lee de Izquierda a derecha, emplee biestables tipo T.

2. Olseñar un regtstro de corrtmiento de 4 bits, con

biestables tipo D .

3. Investigar el diagrama lbglco para un c ~ r c u ~ t o elimlnador

de rebotes.

I l l . HATERIAL EMPLEADO

Fuente de poder (+5 Volts)

Tablilla de experlmentacl6n

Dlodos emisores de luz (L.ED's)

Resistencias de 330 Ohms

MultTmetro

Compuertas

FI IP-FIoP's

P I nzas

18

I V . DESARROLLO

Arme los c~rcuitos diseñados, y veriflque su funcionamiento.

Culdando de introducir los datos por medio del eliminador de

rebotes, en la misma forma que se muestra en la figura

stguiente.

i-5

I Ellmlnado

Rebotes I: Detector de Secuencta I Sol Ida

Secuenclo de Entrado

L r

19

V. CUEST I ONAR I O

1 . ¿Para que sirve el eliminador de rebotes?

2. Dlseile un registro de corrfmiento utilizando biestables

tipo JK.

3. O6 varios ejemplos de circuitos secuenciales de uso

coman.

Vi. CONCLUSIONES

V I I . BlHLlOGRAFlA

- Texas Instruments Inc., The TTL Data B O O K , 1981.

- Hi I 1 & Peterson, I ntr-oduct ion to Sw i tching Theory and

Logical Design, John Willey & Sons, 1981.

- Tocc i Ronald, Digi ti31 Systems I principles and

aplications, 3rd. edition, Prentice-Hall, 1985.

j lm'86

20

PRACTICA 8 I Diseño de Circuitos Secuenci ales (Pa r te I I )

I . OBJETIVOS

Que el alumno diseñe y construya ctrcuttos secuenc~ales de

uso común, utilizando IiPS técntcas de síntesis establecidas

en clase.

1 1 . CASO DE ESTUDIO

Olseñar un contador binal-io de 4 bits ascendente-descendente.

Uti1 ice biestables tipo JK.

I l l . HATERIAL EHPLEADO

Fuente de poder (+5 Volts) MultTmetro

Tablilla de experimentación Compuertas

Di odos emisores de 1 uz ( ‘LED’s) Fl ip-FlOp’S

Reststencias de 330 Ohms P I nzas

I V . DESARROLLO

Arme e l circuito diseñado y veriftque su funclonarniento.

Uttlice el generador de seAales para introduclr un tren de

pulsos (de amplitud igual a +5 Volts) 3 la entrada de reloj

del contador, como se muestra en la figura slguiente.

21

+S

I f-1

Entrado de Sclacawl

(Ascendente/Doscendento>

l-"l i-L. Generador CONTADRR de Scnoles

V. CUEST I ONAR I O

1 . Diseñe el mismo circuito para un contador en código BCD.

2. ¿Con qu6 tipo de biestable se puede obtener el circu~to

mDs pequeño para el contador BCD? Justlfique.

V I . CONCLUSIONES

V I I . BleLlOGRAFlA

- Texas Instruments lnc., The TTL Data Book, 1981.

22

- H i l l & Petereson, Introduction to Switching Theory and

Logical Design, John Willey & Sons, 1981.

- Tocci, Ronald, D i g ¡ tis1 Systems, prlnclples and

apl ications, 3rd. edition, Prentice-Hal 1, 1985.

jlm'86

23

PRACT I CA 9 Diseño de Circuitos Secuenci a les Usando MS I

I . OBJETIVOS

Que el alumno se famtllalr~ce en el uso y diseño de c~rcultos

Secuenclales usando componentes de mediana escala de

integración, tales como: contadores, decodificadores, etc.

y aplique los conocimient,os adqulridos durante todo el curso.

I I . CASO DE ESTUDIO

Diseñar y construir un c:ronómetro segundero (contador BCD de

O a 591, con visualización a desplegados de 7 segmentos, que

posea ademas las opciones siguientes:

a) Intcializaclón de la cuenta (puesta a ceros),

b) Detención de la cuenta y

c) Paralización del desplegado con cuenta Interna.

La figura siguiente muestra un diagrama a bloques del

circuito como debe quedar. finalmente.

24

I 1

Reloj Contadores

1 1 1 . MATERIAL EMPLEADO

Fuente de poder (+5 Volts)

Tabltlla de experimentaclón

Generador de funciones

Resistencias de 330 Ohms

2 T I L 312

I V. OESARROLLO

Multímetro

Compuertas

2 74160

P I nzas

Construir el circuito, y corroborar el funclonamlento de cada

una de las opciones requerldas.

25

V. CUESTIONARIO

2. Dtbeiie un regtstro de corrtm~ento de cuatro 01ts COT,

corrlmlentos a l a tzquleraa y a la derecna, carga en

paralelo e tnlclaltzac~ón general. (Sugerencta: use

b~estables tcpo 0 Y mwlttplexores de 4 a 1 ) .

VI. CONCLUSIONES

- Texas Instruments Inc., .The TTL Data BOOK, 1981.

- H I I I & PCtCrSOn, lntroductton to Swltchlng Theory and

Loalcal DesIzln, John W ~ l e y & Sons, 1981.

- T O C C I , Ronald, Dlg t tall Systems, prlnclples and

apltcations, 3rd. edltlorr, Prentlce-Hall, 1985.

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