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Casa abierta al t i
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA- IZTA,PALAPA
Divisidn be Ciencias BOsicas e Ingenieria Departamento de Ingeniería Elictrica Area de lngchierla Electrbnicr
LABORATORIO DE DlSEFiO LOGIC0 Practicas
Lozano Moreno, Jorge Duchén Sanchez, Gonzalo
Resumen. Se presenta e l manual de practicas de laborator io para la U.,E.A. DiseAo Lbgico, pertene- clente a la c a r r e r a de Licenciatura en Computación.
No. 2 J u n i o , 1987
Av. Michoacán y Purisima. Col. Vicentina. Irtapalapa. O . F . C.P. 09340. Tel. 686-03-22
DISERO LOGIC0
PROLOG0
L a unldad de enseñanza aprendizaje (u.e.a.) DESENO LOGIC0 puede
ser conslderada como una de las más nuevas, pues su creación fué
simult3nea con la Licenciatura en Computaclón, la más reciente
dentro de la Dlvisión de Ciencias Básicas e IngenlerÍa.
Sólo hace tres años que se emper6 a lmpartir (en el
trimestre 8 4 - P ) , y durante el tiempo transcurrjdo hasta ahora, se
ha presentado l a necesidad constante de contar con una buena
cantidad de material didáctico, que apoye al profesor durante el
proceso de enseñanza-aprendizaje.
I
Más delicada e importante resulta la necesidad de un buen
conJunto de practicas para trabajar en el laboratorlo. Más aún
s i se considera que despu5s del Tronco Común de CBI los alumnos
de esTa Ilcenclatura no vuelven a entrar a un laboratorlo y, por
los medios normales, nunca han tenido contacto con equlpo
electrónico hasta llegar a Diseño Lógico.
A s ¡ pues, el caudal de conocimientos y experieoclas
nuevas que se habrán de volcar sobre el alumno, puede llevar a
reSult.adoS desastrosos S I no se tlene el cu~dado suficiente. En
este aspecto el laboratorio desempeña un papel fundamental.
Es necesario empezar desde la identificación del equipo y
material básicos, como son: osc~loscopios, fuentes, multirnetros,
generadores de señales, tablillas de experimentaci¿in, pinzas,
alambre, etc. Para 1 legar a cllseños complejos y funclonales, que
demuestren el aprovechamientO logrado a I O largo de 1 1 semanas
de trabajo intenslvo.
E l conjunto de prác1:icas que aqui se presentan (9 en
total), tiene por objetlvo un~formar la enseñanza en el
laboratorio de Diseño Lógico. Se han pensado de tal forma que la
evolución y avance logrados en la Teoria van de la mano con la
verificación experlmental. Para cualquier tema importante visto
en clase corresponde una práctlca que busca reafirmar los
conocimientos adqulrldos prevlamente.
También se ha intentado que la ~nformaclón que no se
llegue a cubrir en la teorTa (por razones obv~as de tiempo), se
adqulera durante cada una de las pr3ctlcas, a través de preguntas
l i
y problemas que Invitan al alumno a Investtgar y estudlar por su
propla cuenta.
En general, se ha intentado que en cada práctica no se
pierda la objetividad, cayendo en diseños de ctrcultos tnútiles y
desconocidos que no tienen relaclón con la realidad. En todas se
ha buscado diseñar y construrr circuitos que resuelven problemas
reales y sobretodo familiares para el alumno, tomando en cuenta
su fot-maclón computacional lograda sólidamente durante casi 6
trimestres.
Es deseo de los autores que la uttlidad de estas
practicas quede manifiesta durante la enseñanza de esta
disciplina de l a Electr6nica, tan bonita y a l a vez tan
interesante, motivando al alumno para que no queden ahí sus
conocim~entos, e intente avanzar para comprender la esencla de
cualquier máquina computadora.
J . L . M . y G . I . D . S .
t l i
PRACTICA 1 e Introducción a, l o s Circuitos Lógicos
I . OBJETIVOS
a ) Que el a I umno compruebe experlmentalmente el
comportamiento de l a s compuertas báslcas y se famll larlce
con el maneJo de los c~rcuitos lóglcos de la famil ia TTL.
6) Que se inicie en el uso y aplicación de l o s manuales
técn I cos para I os c I r’cu I tos menc I onados.
I I . @Aso DE ESTUDIO
Reconocer las tablas de verdad de las compuertas lóglcas más
importantes, y revisar sus caracterÍstlcas más Importantes,
como el tiempo de retardo y la potencia disipada.
I l l . #ATERIAL EMPLEADO
Generador de funciones 1 7400
osclloscoplo 1 7402
Fuente de poder (+5 V ) 1 7404
Tablilla de experlmentaclón 1 7408
Diodos emlsores de luz (LED’s) 1 7432
4 Resistenclas de 330 Ohms 1 7486
PI nzas
1
1 V. DESARROLLO
1 . Utlllzando los manuales, obtener las configuraciones de
cada c~rcurto ~ntegrado, y en base a éstas, conectarlos
para vertficar la tabla de verdad de cada una de las
distintas compuertas.
2. Comparar las tablas de verdad obtenidas con las mostradas
en el manual
Nota: Antes de conectar l o s ~trcuitos, comprobar que la
tensi6n de l a fuente sea la adecuada (+5 Volts), cuidando de
no polarizar inversamente.
V. CUEST I ONAR I O
1 . ¿Qué familias lógicas exlsten? Dlga sus características.
2. ¿Cuales son las diferentes escalas de integración de los
circuitos integrados? Explique bajo qué crlterlo se
clasiflcan.
3. ¿Qu6 se conoce como Fan-in y Fan-out?
4. Mencione la subfamilias de que está compuesta la familia
TTL. Diga sus características.
5. ¿Cree que es importante el tiempo de retardo de una
compuerta y su consumo de energía? ¿Por qu6?
2
VI. CONCLUSIONES
V I I . BlBLlOGRAFlA
- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.
- Mano, Morr~s M., Dig~tal Design, Prentice-Hall, 1984.
- Hill & Peterson, Kroduction to Swttching Theory and
Loglcal Destgn, John Wiley & Sons, 1981.
- Texas Instruments Inc. Designing with TTL Integrated
Circuits, McGraw-Hill, 1975.
j l m ’ 8 S
3
PRACT I CA 2 An51 isis de L ó g i c a Combinatoria
1 . ORJETI VOS
Que el alumno construya clrcu~tos Ióglcos a partir de sus
respectivos diagramas, usando circultos Integrados. AsÍ
mlsmo que anallce y comprenda su funcionam~ento, por últtmo,
que identifique la funclón realizada.
I I . CASO DE ESTUDIO
1 . Dados los circultos de la figura I , analizarlos y
obtener:
a) Las ecuaclones booleanas de las funclones W, X, Y , Z ,
F1 Y F 2 .
b) Las tablas de verdad de las mlsmas.
2. Describir el funcionamlento de ambos c~rcultos.
3. Describlr el procedimiento de análisis empleado.
4. Dibujar el diagrama de alambrado de los circuitos
anteriores, ~ndicando claramente a qu8 pata de los
clrcultos rntegrados pertenecen.
4
I I I . MATERIAL EHPLEADO
Fcrente de poder ( + 5 V )
Tablilla de exper~mentac~dn
D I odos em1 sores de 1 uz (LElD’s)
Resistencias de 330 Ohms
vultímetro
1 7404
I 7408
1 7 4 3 2
Pi nzas
1 V. DESARROLLO
Obtener exper~mentalmente las tablas de verdad para todas
12s salldas en ambos c~rcu~tos, comparar los resultados
obtenidos.
V. CUEST I ONAR I O
1 . ¿QUE se entlende por lóglca posttiva y lóglca negativa?
2. E x p l lque las caracterTstlcas más importantes de l o s
clrcultos comb~naclonales.
3. LQu6 formas de anállsls de ctrcu~tos lóglcos conoce?
4. lnvestlgue S I en las computadoras se llegan a utilizar
clrcultos combinac~onales, de ser así explique l a s
funccones báslcas que desempeñan.
VI. CONCLUSIONES
5
V I I . BIELIOGRAFIA
.
- T e x a s Instruments Inc., The TTL Data B O O K , 1981.
- Mano, Morr~s M., Olgital Deslgn, Prent~ce-Hal I , 1984.
- Boyce, Jefferson, hgital Log ic Operatlon and Analysls,
2a. ediclón, Prentlce-Hall, 1982.
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A - W
B 7
X C
Y z
Circuito I F 1
F B
6
PRACT I CA 3 Diseño de Circuitos Combinatorios
I . OBJETIVOS
Que el alumno se inicle en el diseño de circuitos lógicos
combinatorios de utllidad y uso frecuente con aplicaciones
rea I es. Así mismo, aphque los conocimientos teórlcos que
maneja acerca de los circuitos 16gicos.
I I . CASO DE ESTUD I O
1 . Diseñar un circutto que acepte un número de n bits en
binario y genere a lla salida el mismo número codificado
en c6digo Gray (o códllgo reflejado).
2. Diseñar un circuito que acepte un nümero de tres bits y
genere a la salida un número igual al cuadrado de l a
entrada.
I l l . HATERIAL EMPLEADO
Fuente de poder (+SVolts)
Tablilla de experimentactdn
Diodos emisores de luz (LED’s)
4 Resistencias de 330 Ohms
Multímetro
Compuertas
Pi nzas
7
I V. DESARROLLO
Obtener el diseño tedrlco de cada c~rcuito e ~ndicar
claramente el procedimiento seguido. Comprobar experimental-
mente el funcionamiento de ambos c~rcuitos.
V. CUESTIONARIO
l . ¿Cull es 1 a importancia de los códigos para I a
transmlsión de datos?
2. Expl lque en detalle los códigos existentes.
3. ¿Qué ventaja tiene el código Gray sobre los demás?
VI. CONCLUSIONES
V I I . RIaLIOGRAFIA
- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.
- Mano, Morris M., Dig~tal Design, Prentice-Hall, 1984.
- Hill & Peterson, Introduct~on to Switchtng Theory and
Logical Design, John Wiley & Sons, 1981.
- Texas Instruments Inc. Des I gn i ng w ~ t n TTL Integrated
Circuits, McGraw-Hill, 1975.
8
PRACT I CA 4 Diseño de Circuitos' Combinatorios (Parte
1 . OBJETIVOS
Que e l alumno:
a) Se famil farice en el uso y maneJo de l o s códigos de
detección Y correcc IÓ'n de error.
b) Di señe ctrcui tos Ió9
convencionales, por med
de integración ( M S J ) . .
I I . CASO DE ESTUDIO
1 .
2 .
3 .
4 .
¡cos utllizando las técnicas
io de circuitos de medlana escala
Investigar todo lo referente a los códigos de Hamming.
Diseñar un circuito para codificar una palabra de 4 bits
por medio del m8todo de Hammlng.
Dtseñar un circu11:o para decodificar y detectar
errores de acuerdo al método de Hamming.
Un circuito combinatorio tlene tres entradas ( x , y, z),
tres salidas ( F l , F2, F3). Las funciones booleanas
simplificadas para el circulto son como slgue:
9
F i =. Xy + X'Y'Z'
F 2 = x'y + xy'z'
F3 = xy + x'y'Z
Diseñar el clrcuito combinatorlo correspondlente usando
un decodificador (74155) y compuertas NAND externas.
1 1 1 . WATERIAL EWPLEADO
Fuente de poder (+5 Volts)
Tablilla de experimentaci6n
Diodos emisores de luz (LED's)
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 .
2.
3 .
Diseñe un circuito que detecte y corrija un error en un
mensaje de 7 bits codlficado en Hamming.
Dada una palabra de n bits encuentre una expresi6n
matemática para determinar el número de bits necesarios
para codificarla por el método de Hamming.
Codifique, por el método de Hammlng, la s ~ g u ~ e n t e palabra
10
4. El slgulente mensaJe fué Codlflcado por el método de
Hammlng. Encuentre el error y corrÍ~alo
1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0
5. Muestre el c~rcuito de un decodificador 5x32 construido
con cuatro decodificadores 3 x 8 (con las entradas de
habilitación) y un decodificador 2 x 4 .
V I . CONCLUSIONES
V I I . BIRLIOGRAFIA
- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1 9 8 1 .
- Mano, M o r r ~ s M., Digital Design, Prentice-Hall, 1 9 8 4 .
- Hill S, Peterson, Introduction to Switching Theory and
Logical Design, John Wiley & Sons, 1 9 8 1 .
- Kohavi, Zvi. Sw i tch i ng and Finite Automata Theory,
McGraw-Hill, 1 9 8 1 .
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1 1
PRACTICA 5, Diseño con Circuitos Combinatorios Usando M,S, I ,
I.OBJETIVOS
Que el alumno se familiarcce con el dlseño y construcclón de
circuitos Ióg~cos cornb~nator~os ut1112ando ccrcu~tos
electrónicos de mediana escala de Integracldn.
I I . CASO DE ESTUDIO
1 . ~iseñar un c~rcuito que realice la multlpllcación arlt-
m6tica de dos números de dos bits, empleando multiple-
xores de 8 a 1 .
2. Implantar la función rnayorÍa M(x,y,z) = xy + xz + yz,
uti I izando un decod~f~cador del mÍnlmo tamaño posible.
I l l . HATERIAL EHPLEADO
Fuente de poder (+5 Volts:)
Tablilla de experimentaclijn
Diodos emtsores de luz (LED's)
Resistencias de 330 Ohms
PI nzas
Multímetro
Compuertas
4 7 4 1 5 1
1 7 4 1 38
I V. DESARROLLO
12
Construtr cada uno de l o s ctrcultos tndicados y comprobar
expertmentalmente su funclonamlento.
V. CUEST I ONAR I O
1 .
2 .
3 .
Dentro de la famtlia de circuttos rntegrados TTL exlste
una clas~ficación de acuerdo a las caracteristicas
eléctricas de los componentes:
7 4 x x x , 74Hxxx, 74Sxxx, 74LSxxx, 74Lxxx, 74ALSxxx, 74Fxxx
Explique detenidamente cada una de las clases.
Explique qué es un .circuito TTL con triple estado, y
muestre alguna aplicac
Conslderando que el mu
(74151) tiene una
ión.
ltiplexor
entrada
(etiquetada como STROBE), exp
puede utilizar, para que a part
estos se forme uno solo de 16 a
V I . CONCLUSIONES
U I I . BlBLlOGRAFlA
utilizado en la práctica
de control adicional
lique de qué manera se le
ir de dos multtplexores de
1 .
- Mano, Morris M., Lógica Oigltal Y Dtseño de
Computadores, Prentlce-Hall Hispanoamer~cana, 1982.
13
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1 4
PRACTICA 6, Multivibradores Biestables (F l i p - f l ops )
1 . OBJETIVOS
Que e I a I umno:
Se famillarlce con el uso y
circuitos lógicos secuenciales
blestables.
Y veriflque el funcionamiento de
comün.
comportamlento de los
más elementales: los
los biestables de uso
I I . CASO DE ESTUDIO
1 . lnvestlgar los circuitos básicos de l o s biestables RS
(con y sin reloj), D, JK y T (con reloj).
2. Analizar las tablas características y de exc~tación para
cada biestable.
1 1 1 . MATERIAL EMPLEADO
Fuente de poder (+5 Volts)
Tablilla de experimentaclón
1 7400
1 7404
Multímetro
osclloscopio
I 7408
1 7402
15
2 LED's
Pi nfas
2 Resistencias 330 Ohms
I V. DESARROLLO
Comprobar expertmentalmente las tablas características y de
excitación de todos los biestables lndlcados prevaamente.
Revisar el comportamiento de los biestables JK y T cuando las
entradas esten puestas a 1 ¿Cual es la frecuencia de
oscilactón a la salida a?
V. CUEST I ONAR I O
l . ¿Se puede asegurar que los btestables son mlquinas
secuenclales? ¿Por qué? Explique.
2. Los biestables armados Y probados t i enen un
comportamiento critico en cuanto ai tiempo de duraclón de
la sena1 de reloj. Para evltar sucesos raros existen los
biestables Maestro-Esclavo y con disparo en el flanco.
Exp I i que
3. Dé eJemp
de su6 se tratan.
V I . CONCLUSIONES
V I I . BlBLlOGRAFlA
10s de a p ~ icac Bones rea les de los blestables.
- Texas Instruments Inc., The TTL Data BOOK, 1981,
16
- Hill S, Peterson, Introduction to Swltchlng Theory and
Loglcal DesiQn, John Wlley & Sons, 1981.
- Troy Nagle & Irwin & Carroll, An lntroductlon to Computer
Logic, Prentice-Hall, 1977.
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17
PRACT 1 CA 7 , Diseño de Ci r c u i t os Secuenc i a l es S inc ronos
1 . OBJETIVOS
Que el alumno se Introduzca al dtseño de los c~rcuitos
lógicos secuenciales, y corrobore experimentalmente su
funcionamiento.
I I . CASO DE ESTUDIO
1 . DiseRar un c~rcuito detector para la secuencta 00110010,
constderando que puede haber traslape Y que la Secuencia
se lee de izquierda a derecha, emplee biestables tipo T.
2. Diseñar un regcstro de corrtmiento de 4 bits, con
biestables tipo D.
3. Investigar el diagrama 18gico para un ctrcutto eliminador
de rebotes.
1 1 1 . HATERIAL EMPLEADO
Fuente de poder (+5 Volts)
Tablilla de expertmentaclón
Dtodos emisores de luz (LED’s)
Resistencias de 330 Ohms
Multímetro
Compuertas
F I IP-FIOP’S
P I nzas
18
I V. DESARROLLO
Arme l o s c~rcuitos diseñados, y vertflque su funcionamiento.
Cuidando de introducir los datos por medio del eliminador de
rebotes, en l a misma forma que se muestra en la figura
s~guiente.
Detector de Secuencla
Secuencla de Entrodtr
L
19
V. CUEST I ONAR I O
1 .
2.
3 .
¿Para que sirve el eliminador de rebotes?
DtseAe un registro de corrimiento utilizando biestables
tip0 JK.
Dé varios ejemplos de circuitos secuenciales de uso
comün.
VI. CONCLUSIONES
VI I . BIELIOGRAFIA
- Texas Instruments Inc., The TTL Data Book, 1981.
- Hill & Peterson, Introduction to Switching Theory and
Logical Design, John Wiley S, Sons, 1961.
- Tocc i , Ronald, Dig¡ tal Systems, principles and
aplicatlons, 3rd. edition, Prentice-Hail, 1985.
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20
PRACTICA 8 * Diseño de Circuitos Secuenciales (Pa r te I I )
I . OBJETI VOS
Que el alumno diseñe y construya ctrcuitos secuenclales de
uso común, utilizando las técntcas de síntesis establecidas
en clase.
1 1 . CASO DE ESTUDIO
Diseñar un contador binario de 4 bits ascendente-descendente.
Utilice biestables tipo JK.
1 1 1 . MATERIAL EMPLEADO
Fuente de poder ( + 5 Volts) Multímetro
Tablilla de experimentacibn Compuertas
Diodos emisores de luz (LED’s) Flip-Flop’s
Resistencias de 330 Ohms Pi nzas
I V. DESARROLLO
Arme el circuito diseñado y veriftque su funclonamiento.
Utilice el generador de seilales para introducir un tren de
pulsos (de amplitud igual a +5 Volts) a la entrada de r e l o j
del contador, como se muestra en la figura stguiente.
21
+S
I Entrado de Sclecclon
m (Rscenc&nte/Descendente,)
c -
A
B Generador de Senoles r C
CONTADOR )
D
V. CUESTIONARIO
1 . Diseñe el mismo circuito para un contador en cód igo BCD.
2. ¿Con qué tipo de biestable se puede obtener el ctrcu~to
m3s pequeño para el contador BCD? Justlfique.
VI. CONCLUSIONES
V I I . HlBLlOGRAFlA
- Texas Instruments Inc,, The TTL Data BOOK, 1981.
22
- Hill & Petereson, xroduction to Switching Theory and
Logical Design, John Wiley & Sons, 1981.
- TOCCI, Ronald, Oigi tal Systems, Principles and
aplications, 3rd. edition, Prentice-Hall, 1985.
jlm’66
23
PRACT I CA 9 DI seño de Ci r c u i tos Secuenc i a l es Usando MS I
1 . OBJETIVOS
Que el alumno se famll~arlce en el uso y diseíío de c~rcuitos
secuenclales usando componentes de mediana escala de
integración, tales como:: contadores, decodificadores, etc.
y aplique los conocimientos adqulridos durante todo el curso.
I I . CASO DE ESTUDIO
Disefiar y construir un cronómetro segundero (contador BCD de
O a 591, con visualización a desplegados de 7 segmentos, que
posea ademas las opciones siguientes:
a) Intcialización de l a cuenta (puesta a ceros),
b) Detención de la cuenta y
c ) Paralizaclón del desplegado con cuenta interna.
L a figura siguiente muestra un diagrama a bloques del
circuito como debe quedar finalmente.
24
1 Contadores L- 1
U f = IHz ,
1 1 1 . MATERIAL EMPLEADO
Fuente de poder (+5 Volts)
Tab11 I la de experimentación
Generador de funciones
Resistencias de 330 Ohms
2 TIL 312
I V . DESARROLLO
Construlr el c
una de las opc
Multímetro
Compuertas
2 74160
P I nzas
lrcuito, y corroborar e l funclonamlento de cada
iones requerldas.
25
V. CUEST I ONAO I O
1 . Expl lque cdmo aumentaria el crondmetro para contar noras
y mt nutos.
2 . Otseiie un reglstro de corrtmtento de cuatro b l t s cor,
corrlmlentos a la tzquleraa y a la derecna, carga en
paralelo e tntclallzactón general. (Sugerencra: Use
brestables ttpo D Y multtplexores de 4 a 1 ) .
V I . CONCLUSIONES
V I I . BlBLlOGRAFtA
- Texas tnstruments Inc., The TTL Oata Book, 1981.
- HtII & Peterson, lntroductlon to Swltchtng Theory and
Logical Oestgn, John Wtley & Sons, 1981.
- TOCCI, Ronald, Dtgttal Systems, prlnclples and
aplications, 3rd. edlttorl, Prentlce-Hall, 1985.
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