Practicas de Electronica Digital

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

PRACTICA 1

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Compuertas lógicas.

Fecha de entrega: Físico:________________ __ Reporte:____________________

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA:

Familiarizarse con la lógica digital, hojas de datos de compuertas lógicas y el comportamiento de las mismas.

MATERIAL REQUERIDO:

o Hojas de datos de los circuitos integrados 7404, 7408 y 7432.o Circuitos integrados con las compuertas AND, NOT y OR.o 1 protoboard.o 1 multimetro.o Alambre para protoboard.o LEDs de diversos colores.

PROCEDIMIENTO:

o Analizar la información de las hojas de datos de cada compuerta.o Estudiar el símbolo y la tabla de verdad de cada compuerta.o Simular cada compuerta como se ilustra en la figura 1.

U1

AND

V11V

+88.8Volts

Figura 1.- Simulación de compuerta lógica AND.

o Comprobar el funcionamiento de cada una de las compuertas utilizando los circuitos integrados de la familia 74 obteniendo los siguientes datos:

Voltaje de salida de cada compuerta. Nivel de voltaje de entrada para que la compuerta intérprete un 0 y 1. Que sucede en las entradas de las compuertas cuando no conecto un 0 o

un 1 lógico. Corriente que consume cada circuito integrado.

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente emite luz. Existen diodos LED de varios colores y estos

1M.C. Juan José Martínez Nolasco



dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo y muchos más. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa. El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 a 2.2 Volts aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por el va de 10 mA a 20 mA en los diodos de color rojo y de entre 20 mA y 40 mA para los otros LED.

Nota: El ánodo es la terminal larga del led y el cátodo es la terminal corta del mismo.

o Realiza los cálculos necesarios en el circuito de la figura 2 para obtener el valor adecuado de R1.

V15

R1

330

D1LED-GREEN

Figura 2.- Simulación de LED.

o Utilizando un software de simulación implementa el circuito que se ilustra en la figura 2 para analizar los efectos de R1 sobre la intensidad luminosa del led.

o Realiza el paso anterior en físico.




PRACTICA 2

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Compuertas lógicas.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Familiarizarse con la lógica digital y el funcionamiento de las compuertas NOR, NAND, XOR y XNOR.

MATERIAL REQUERIDO:

o Circuitos integrados con las compuertas NOR, NAND, XOR y XNOR.o 1 protoboard.o 1 multimetro.o Alambre para protoboard.o Dip switch.o Resistencias de 220 y 1k Ω.

PROCEDIMIENTO:

o Analizar cada una de las hojas de datos de cada una de las compuertas lógicas.o Analizar la configuración de interruptores para obtener un 1 y 0 lógico de la

figura 3.o Analizar la configuración de salida de la compuerta para leer 1 y 0 lógico.o Comprobar la tabla de verdad de cada compuerta utilizando un software de

simulación.o Comprobar los resultados obtenidos en la simulación con la práctica.o TAREA (Antes de simular e implementar cada una de las siguientes

configuraciones verificar que sean correctas): Utilizando compuertas de dos entradas implementar compuertas de 4 entradas (AND, OR, NOR, NAND, XOR y XNOR).




R11K

R21K

R31K

R41K

U1

AND

U2

AND

R5

220

R6

220

D1

LED-BLUE

D2

LED-BLUE

V15V

Figura 3.- Simulación de compuertas lógicas.PRACTICA 3

MATERIA: Electrónica Digital.

TEMA: Expresiones lógicas y su implementación en circuito.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Implementación de expresiones lógicas utilizando compuertas lógicas.

MATERIAL REQUERIDO:

o Compuertas AND, OR, NOR, NOT, NAND, XOR y XNOR.o 1 protoboard.o 1 multimetro.o Alambre para protoboard.o Dip switch.o Resistencias de 220 y 1k Ω.o Leds.

PROCEDIMIENTO:

o Llena la tabla de verdad 1 con tus resultados obtenidos en la práctica.

Tabla 1.- Tabla de verdad indeterminada.Entradas SalidasA B AB A+B X0 00 11 0




1 10 X1 XX 0X 1X X

o Implementa el circuito que corresponde a las expresiones lógicas de las ecuaciones 1 y 2.

o Obtén su tabla de verdad.

S1=ABC⊕ [ AC+(B⊕C ) ] (1)

S2=(B⊕C ) [AC+ (A⊕C ) ] (2)

o Verifica los datos obtenidos en la tabla de verdad utilizando simulación.o Verifica los datos obtenidos en la tabla de verdad utilizando dispositivos físicos.




PRACTICA 4

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Algebra de Boole.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Resolver un problema digital real, comprobar la funcionalidad del algebra de Boole e implementar un circuito que resuelva el problema.

MATERIAL REQUERIDO:

o Compuertas (según su diseño).o Protoboard.o Multimetro.o Alambre para protoboard.o Dip switch.o Resistencias de 220 y 1k Ω.o Leds.

PROCEDIMIENTO:

o Buscar una problemática a resolver utilizando lógica digital (4 entradas y 2 salidas).

o Obtener su tabla de verdad.o Obtener sus maxitérminos y minitermos para decidir cual función es más

simple de reducir utilizando algebra de Boole.o Obtener la función final (reducida al máximo).o Obtener los circuitos de la función inicial y la reducida.




o Simular los dos circuitos implementados y comprobar que se obtengan los mismos resultados.

o Implementar el circuito reducido y comprobar su funcionamiento correcto.

PRACTICA 5


TEMA: Dispositivos Lógicos Programables.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Diseñar sistemas lógicos combinacionales utilizando Dispositivos Lógicos Programables.

MATERIAL REQUERIDO:

o GAL22V10.o Protoboard.o Multimetro.o Alambre para protoboard.o Dip switch.o Resistencias de 220 y 1k Ω.o Leds.

PROCEDIMIENTO:

o Familiarizarse con el Software de descripción de Hardware Galaxy.o Analizar la información de la hoja de datos de la GAL22V10.o Implementar en la GAL las siete compuertas de dos entradas (AND, OR,

NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR).




o Implementar en la GAL las seis compuertas de cuatro entradas (AND, OR, NAND, NOR, XOR y XNOR).

o Implementar en la GAL las funciones booleanas de las ecuaciones 3 y 4.

S1=ABC⊕ [ AC+(B⊕C ) ] (3)

S2=(B⊕C ) [AC+ (A⊕C ) ] (4)

o Implementar la función booleana reducida de la practica 4.

Nota: Todas las implementaciones deben ir acompañadas del código en VHDL y su simulación en Galaxy.

PRACTICA 6

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Mapas de Karnaugh.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Implementar una secuencia de letras en un display utilizando mapas de karnaugh.

MATERIAL REQUERIDO:

o Compuertas (según su diseño).o GAL22V10o Protoboard.o Multimetro.o Alambre para protoboard.o Dip switch.o Resistencias de 220 y 1k Ω.o Display de 7 segmentos (elegir ánodo o cátodo común).

PROCEDIMIENTO:

o Elegir un display y comprobar su funcionamiento (simulación): Encendiendo y apagando cada segmento.




Haciendo que aparezcan cada una de las letras de la siguiente frase “SOY MECATRONICO” (Expresión diferente para cada alumno) como se muestra en la figura 4.

Figura 4.- Representaciones en el display.

o Una vez que se comprendió el funcionamiento del display llena la tabla de verdad 2 con los datos correspondientes.

o Obtener las catorce funciones booleanas mínimas para cada una de las salidas obteniendo mapas de karnaugh.

o Obtener el circuito correspondiente a cada una de estas funciones.o Simular las funciones obtenidas comprobando que aparezcan las letras para

las cuales fue diseñado.o Implementar el circuito en protoboard. Puedes utilizar la GAL, pero minimo

debe existir un 40% del diseño hecho en compuertas.

Tabla 2.- Tabla de verdad.Entradas Salidas

X1 X2 X3 X4 Letra a b c d e f0 0 0 0 S0 0 0 1 O0 0 1 0 Y0 0 1 1 M0 1 0 0 E0 1 0 1 C0 1 1 0 A0 1 1 1 T1 0 0 0 R1 0 0 1 O1 0 1 0 N1 0 1 1 I1 1 0 0 C1 1 0 1 O




1 1 1 0 El display permanece apagado.1 1 1 1 El display permanece apagado.

PRACTICA 7


TEMA: Sumadores y Restadores con integración MSI.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de sumadores y restadores así como realizar su diseño.

MATERIAL REQUERIDO:

o 2 sumadores 74LS83.o 9 interruptores.o 14 resistencias (9 de 10kΩ y 5 de 220Ω).o 5 leds.o 4 compuertas XOR.

PROCEDIMIENTO:

o Analizar el funcionamiento del sumador - restador que se muestra en la figura 5 en base a las reglas mencionadas en clases.




o Realizar la simulación del circuito que se ilustra en la figura 5 y comprobar su funcionamiento.

o Implementar el circuito de la figura 5.o Implementar un sumador en la “GAL22V10” utilizando el tipo de dato entero

(Utiliza el número de bits máximo permitido por la GAL).




Figura 5.- Sumador – Restador.


A110

S19

A28

S26

A33

S32

A41

S415

B111

B27

B34

B416

C0

13C

414

U1

74LS83

A110

S19

A28

S26

A33

S32

A41

S415

B111

B27

B34

B416

C0

13C

414

U2

74LS83

U3

XO

R

U4

XO

R

U5

XO

R

U6

XO

R

R1

10kR

210k

R3

10kR

410k

R5

10kR

610k

R7

10kR

810k

R9

10k

SW1

SW

-SP

ST-M

OM

SW2

SW

-SP

ST-M

OM

SW3

SW

-SP

ST-M

OM

SW4

SW

-SP

ST-M

OM

SW5

SW

-SP

ST-M

OM

SW6

SW

-SP

ST-M

OM

SW7

SW

-SP

ST-M

OM

SW8

SW

-SP

ST-M

OM

SW9

SW

-SP

ST-M

OM

R10

220

R11

220

R12

220

R13

220

R14

220

D1

LED

-RED

D2

LED

-RED

D3

LED

-RED

D4

LED

-RED

D5

LED

-RED

R9(1)

R1(1)

R7(1)



PRACTICA 8

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Decodificadores.


Nota: Las simulaciones se entregan en el reporte colocando mínimo tres casos de cada dispositivo.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos decodificadores.

MATERIAL REQUERIDO:

o Decodificador BCD a 7 segmentos.o Display de ánodo común.o Display de cátodo común.o GAL22V10.

PROCEDIMIENTO:

o Implementar (utilizando el simulador) los decodificadores que se muestran en la figura 6 y comprobar su funcionamiento.

Figura 6.- Decodificadores implementados con compuertas lógicas.

o Implementar (utilizando el simulador) el decodificador que se muestra en la figura 7 y comprobar su funcionamiento.




Figura 7.- Decodificador de 2 entradas - 4 salidas con enable.

o Utilizando el decodificador de la figura 7 simular: Un decodificador de 3 entradas - 8 salidas. Un decodificador de 4 entradas - 16 salidas.

o Comprobar el funcionamiento del decodificador 74138 que se ilustra en la figura 8 utilizando el simulador.

A1

B2

C3

E16

E24

E35

Y0 15

Y1 14

Y2 13

Y3 12

Y4 11

Y5 10

Y6 9

Y7 7

U2

74ALS138

Figura 8.- Decodificador 74138.


.

A23

B22

C21

D20

E118

E219

0 1

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

10 11

11 13

12 14

13 15

14 16

15 17

U1

74154

Figura 9.- Decodificador 74154.





A7 QA 13

B1 QB 12

C2 QC 11

D6 QD 10

BI/RBO4 QE 9

RBI5 QF 15

LT3 QG 14

U1

74LS47

Figura 10.- Decodificador BCD – 7 segmentos.

o Implementar en la GAL el decodificador 74138 utilizando los comandos WHEN…. ELSE y el WITH…SELECT….WHEN.

o Con el decodificador en la GAL implementar una función lógica.

o Comprobar el funcionamiento del decodificador de BCD a 7 segmentos utilizando el display correspondiente.

o Implementar en la GAL la negación del paso anterior.




PRACTICA 9

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Codificadores.


Nota: Las simulaciones se entregan en el reporte colocando mínimo tres casos de cada dispositivo.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos codificadores.

MATERIAL REQUERIDO:

o Computadora con simulador.o GAL22V10.

PROCEDIMIENTO:

o Diseñar y simular: Codificador de decimal a binario con 4 líneas de entrada, todas activas en

alto (el codificador no es de prioridad, por lo tanto, no interesa lo que se tenga a la salida para un valor no valido de entrada).

Codificador de decimal a binario con 4 líneas de entrada, todas activas en alto (el codificador no es de prioridad, por lo tanto, cuando tenga un valor invalido a las entradas colocar ceros en las salidas).

o Comprobar mediante simulación el funcionamiento del codificador 74147 que se ilustra en la figura 11.

111

212

313

41

52

63

74

85

910

Q0 9

Q1 7

Q2 6

Q3 14

U1

74LS147

010

111

212

313

41

52

63

74

EI5 EO 15

A0 9

A1 7

A2 6

GS 14

U2

74LS148Figura 11.- Codificador 74147.

o Comprobar mediante simulación el funcionamiento del codificador 74148 que se ilustra en la figura 12.




111

212

313

41

52

63

74

85

910

Q0 9

Q1 7

Q2 6

Q3 14

U1

74LS147

010

111

212

313

41

52

63

74

EI5 EO 15

A0 9

A1 7

A2 6

GS 14

U2

74LS148

Figura 12.- Codificador 74148.

o Implementar en la GAL22V10 el codificador 74148.




PRACTICA 10

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Multiplexores.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos multiplexores y demultiplexores.

MATERIAL REQUERIDO:

o Computadora con simulador.o Material necesario para el último paso.o GAL22V10

PROCEDIMIENTO:

o Comprobar el funcionamiento mediante simulación de los multiplexores que se muestran en la figura 13.

Figura 13.- Multiplexores implementados con compuertas y decodificador.

o Utilizando alguno de los multiplexores anteriores diseña un multiplexor de 16 entradas.

o Comprobar el funcionamiento del multiplexor 74151 ilustrado en la figura 14.

X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U1

74ALS151

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U3

74ALS153

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U2

74ALS153

1A2 1Y 4

1B3

2A5 2Y 7

2B6

3A11 3Y 9

3B10

4A14 4Y 12

4B13

A/B1

E15

U4

74ALS157

Figura 14.- Multiplexor 74151.o Comprobar el funcionamiento del multiplexor 74150 ilustrado en la figura 15.




X08

X17

X26

X35

X44

X53

X62

X71

X823

X922

X1021

X1120

X1219

X1318

X1417

X1516

A15

B14

C13

D11

E9

Y 10U2

74150

Figura 15.- Multiplexor 74150.


X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U1

74ALS151

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U3

74ALS153

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U2

74ALS153

1A2 1Y 4

1B3

2A5 2Y 7

2B6

3A11 3Y 9

3B10

4A14 4Y 12

4B13

A/B1

E15

U4

74ALS157



X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U1

74ALS151

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U3

74ALS153

1X06 1Y 7

1X15

1X24

1X33

2X010 2Y 9

2X111

2X212

2X313

A14

B2

1E1

2E15

U2

74ALS153

1A2 1Y 4

1B3

2A5 2Y 7

2B6

3A11 3Y 9

3B10

4A14 4Y 12

4B13

A/B1

E15

U4

74ALS157


o Simular un multiplexor de dos entradas con 8 bits cada una utilizando multiplexores 74157.

o Simular un multiplexor de 4 entradas con 4 bits cada una utilizando multiplexores 74157.

o Implementar en la GAL el multiplexor 74150.

o Implementar en la GAL el multiplexor 74157.

o Diseñar, simular e implementar en proto una función con aplicación utilizando el multiplexor 74150.




o Comprobar el funcionamiento mediante simulación del demultiplexor que se muestran en la figura 18.

Figura 18.- Demultiplexores implementados con compuertas y decodificador.

o Comprobar el funcionamiento del demultiplexor 74154 ilustrado en la figura 19.

A23

B22

C21

D20

E118

E219

0 1

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

10 11

11 13

12 14

13 15

14 16

15 17

U1

74154

Figura 19.- Demultiplexor 74154.

o Describe el funcionamiento del circuito ilustrado en la figura 20 y simúlalo.

Figura 20.- Multiplexor y demultiplexor.




o Implementar un demultiplexor con 4 salidas.PRACTICA 11


TEMA: Circuitos temporizadores y Flip - Flops.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento del 555 en sus dos configuraciones y comprender el funcionamiento de los diferentes Flip - Flops.

MATERIAL REQUERIDO:

o 555.o Resistencias y capacitores calculados.o Protoboard.o Computadora con software de simulación.

PROCEDIMIENTO:

o Analizar las principales características del 555 descritas en las hojas de datos.

o Comprobar el funcionamiento de la operación monostable: Realizar cálculos para T segundos (T es el numero de equipo). Simular la configuración. Realizar la implementación en protoboard.

Nota: Es importante realizar las simulaciones antes de implementar la configuración deseada en el proto.

o Comprobar el funcionamiento de la operación astable: Realizar cálculos para 3 configuraciones diferentes:

Frecuencia visible. Frecuencia variable (utilizar un potenciómetro). Frecuencia alta (en KHz).

Simular todas las configuraciones. Realizar la implementación en protoboard de todas las

configuraciones.

o Obtener los diagramas de tiempo de los siguientes Flip-Flops utilizando un software de simulación (comprobar todos los posibles casos):

SR. D.




JK. T.

PRACTICA 12

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Latchs y Flip - Flops.

Fecha de entrega: Físico:__________________ Reporte:____________________

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de los diferentes Latchs y Flip - Flops.

MATERIAL REQUERIDO:

o GAL22V10. PROCEDIMIENTO:

o Implementar en la GAL los siguientes Latchs: SR. D. JK. T.

o Implementar en la GAL los siguientes Flip-Flops: SR. D. JK. T.




PRACTICA 13

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Registro de corrimiento.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Comprender el funcionamiento de los registros de corrimiento.

MATERIAL REQUERIDO:

o GAL22V10. PROCEDIMIENTO:

o Implementar en la GAL un registro de corrimiento con las siguientes opciones: Entrada paralelo. Salida serie y paralelo. Con reset.




PRACTICA 14

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Contadores.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Diseñar contadores síncronos y asíncronos utilizando Flip-Flops JK.

MATERIAL REQUERIDO:

o 555 en configuración astable con una frecuencia de 1Hz.o 5 Flip-Flops JK.o Compuertas según sus diseños.

PROCEDIMIENTO:

o Diseñar, simular e implementar los siguientes contadores síncronos utilizando Flip-Flops JK:

Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.

o Diseñar, simular e implementar los siguientes contadores asíncronos utilizando Flip-Flops JK:

Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.




PRACTICA 15

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Contadores y reloj digital.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Diseñar contadores síncronos y asíncronos utilizando Flip-Flops JK y Diseñar un reloj digital utilizando el contador 74192.

MATERIAL REQUERIDO:

o 555 en configuración astable con una frecuencia de 1Hz.o Flip-Flops JK.o Contadores 74192.o Compuertas según sus diseños.

PROCEDIMIENTO:

o Diseñar un contador síncrono utilizando Flip-Flops JK que de la siguiente secuencia:

15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1.

o Diseñar un contador asíncrono utilizando Flip-Flops JK que de la siguiente secuencia:

30, 1, 8, 5, 0, 15, 24, 4, 31.

o Diseñar un reloj digital que marque los segundos y minutos (hasta la implementación).

o Diseñar un reloj digital que de los segundos, minutos y horas del día (hasta la simulación).




PRACTICA 16

MATERIA: Electrónica Digital. TEMA: Uso del FPGA.


OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Diseñar sistemas secuenciales y combinacionales utilizando código VHDL para implementar en la GAL y FPGA.

MATERIAL REQUERIDO:

o 555 en configuración astable con una frecuencia de 1Hz.o GAL.o FPGA.o Compuertas según sus diseños.

PROCEDIMIENTO:

o Diseñar, simular e implementar los siguientes contadores utilizando la GAL: Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.

o Diseñar, simular e implementar los siguientes contadores utilizando la GAL: 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1. 30, 1, 8, 5, 0, 15, 24, 4, 31.

o Diseñar, simular e implementar un sistema combinacional en el FPGA.

o Diseñar, simular e implementar un sistema secuencial en el FPGA.


Practicas de Electronica Digital

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