CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍACompuertas Lógicas Básicas Andrea Jaramillo y Adrian Escalona Profesor Fernando Méndez. Grupo BD 01-08-2011 Laboratorio de Circuitos Digitales I. Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla Compuertas lógicas básicas: Resumen Previo a la explicación brindada por el docente, procedemos a realizar la experimentación correspondiente. Durante este laboratorio vimos las compuertas lógicas básicas AND, OR y NOT. Con cada una de ellas y con sus respectivas inversas NAND and NOR, pusimos a prueba cada función lógica básica con ayuda de una protoboard. Palabras claves Compuertas lógicas básicas, AND, OR, NOT, NAND y NOR Abstract Prior to the explanation that was given by the teacher, we proceed to perform the experimentation. During this lab we saw the basic logic gates AND, OR & NOT. With each of them and their respective inverses NAND and NOR, we tasted each basic logic function using a breadboard. Keywords Basic logic gates, AND, OR, NAND & NOR Introducción Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con ciertos estados lógicos: Entrada – Procesamiento – Salida. Cada una de las compuertas lógicas se les representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación NOT, lógica) se corresponde con una tabla, llamada Tabla de Verdad. Los elementos básicos de cualquier circuito digital son dichas compuertas lógicas. Y es por ello que en la siguiente práctica de laboratorio se estudiarán las funciones lógicas básicas de las compuertas and (y), or (o), inversor, (no), nand (no-y) y nor (no-o) y estudiar la representación de estas funciones por medio de tablas de verdad, diagramas lógicos y álgebra boolena. Marco Teórico Datos de entrada Compuerta lógica Datos de salida • Compuertas AND: Figura 2.1. Tabla de verdad AND Extraída de:http://www.blog.denivel.com/adrian/files/2011 /03/fdbv.jpg, 06-08-2011 La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés , realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·). 1 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA • Compuertas OR: • Compuertas NOR: Figura 2.5. Tabla de verdad NOR Figura 2.2. Tabla de verdad OR. Extraída de:http://3.bp.blogspot.com/_fzhORzQdDoY/SlS WLV-X61I/AAAAAAAAABg/uziLovbZ7u4/s320/ Compuerta+Or.jpg, 06-08-2011 1. Objetivos a. Estudiar las funciones lógicas básicas and (y), or (o), inversor, (no), nand (no-y) y nor (no-o) b. Estudiar la representación de estas funciones por medio de tablas de verdad, diagramas lógicos y álgebra boolena. 2. Desarrollo Experimental Materiales: 1. Voltímetro 2. Fuente de alimentación 3. Conectores 4. Protoboard 5. I.C. tipo 7400 6. I.C. tipo 7402 7. I.C. tipo 7404 8. I.C. tipo 7408 9. I.C. tipo 7420 10. I.C. tipo 7432 11. I.C. tipo 7451 La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés , realiza la operación de suma lógica. • Compuertas NOT: Figura 2.3. Tabla de verdad NOT. Extraída de:http://1.bp.blogspot.com/_2p7aGFE4yc4/Ssl PzTvsaaI/AAAAAAAAABA/VSHyzDWLMsA/s32 0/compuerta+not.jpg, 06-08-2011 La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica. • Compuertas NAND: Figura 2.4. Tabla de verdad NAND Extraída de:http://imagenes.mailxmail.com/cursos/image nes/7/9/compuertas-logicascombinadas_23897_3_1.jpg, 06-08-2011 Figura 4.0 Imágen capturada en el laboratorio con los materiales empleados en las experiencias, 01-08-2011 2 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Primera experiencia: Vcc 5V +V S1 L1 Vcc 5V +V S1 L1 1 S2 74LS08 1 S2 74LS32 3 3 2 2 Figura 4.3. Compuerta Y (AND) IC tipo 7408 Figura 4.1. Compuerta O (OR) IC 7432 Cuarta experiencia: Vcc 5V +V S1 L1 Para hacer las mediciones: 1.- Se llevaron los interruptores de entrada a potencial de tierra, 0 V y se midió el voltaje de salida (terminal 3). 2.- Se llevó el interruptor conectado al terminal 2 a +5 voltios y se midió el voltaje de salida. 3.- Se llevó el interruptor conectado al terminal 1 a +5V y el conectado al terminal 2 a 0 voltio, y se midió el voltaje de salida (terminal 3). 4.- Se llevó el interruptor conectado al terminal 2 a +5volt y se midió el voltaje de salida. 5.Se procede de acuerdo a los datos requeridos a hacer el mismo procedimiento en cada experiencia. Segunda experiencia: 1 S2 7432 3 5 7404 2 6 Figura 4.4. Compuerta OR+NOT=NOR IC tipo 7432 y 7404 Quinta experiencia: Vcc 5V +V L1 S1 2 S2 7402 1 3 Figura 4.5. Compuerta NOR (NO-0) IC tipo 7402 VCC 5V +V S1 74LS04 L1 1 2 Figura 4.2. Compuerta NO (NOT) IC 7404 Vcc 5V +V Sexta experiencia: L1 7400 Tercera experiencia: 3 S1 1 S2 3 2 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Pin 1 0 0 +5 Figura 4.6. Compuerta NAND (NO Y) IC tipo 7400 Pin 2 0 Pin 3 0.107 4.5 +5 4.41 0 4.58 +5 +5 Tabla 5.1E. Cálculos experimentales de salida compuerta o (or) IC 7432 Séptima experiencia: Vcc 5V +V L1 S1 S2 S3 S4 Segunda experiencia: Pin 1 0 Pin 2 3.8 0.014 de 2 4 1 5 7420 6 +5 Tabla 5.2E. Cálculos experimentales compuerta no (not) IC 7404 Tercera experiencia: Figura 4.7. Compuerta entradas IC tipo 7420 NAND de cuatro Pin 1 0 0 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 3 0.155 0.156 0.058 4.47 de Octava experiencia: V + c c 5 V S S S S 1 2 3 4 2 3 4 5 7 4 5 1 6 L 1 +5 +5 Tabla 5.3E. Cálculos experimentales compuerta Y (AND) IC tipo 7408 Figura 4.8. Compuerta AND-OR invert IC tipo 7451 Cuarta experiencia: 3. Cálculos Primera experiencia: 7432 7404 4 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Pin 1 0 0 +5 +5 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 6 3.827 0.176 0.176 0.176 1 2 3 4 5 6 A 0 +5 +5 +5 +5 +5 B 0 0 0 +5 +5 +5 C 0 0 +5 0 +5 +5 D 0 0 0 0 0 +5 Y 4.53 4.48 4.38 0.132 0.132 0.126 de Tabla 5.4E. Cálculos experimentales de compuerta OR+NOT=NOR IC tipo 7432 y 7404 Quinta experiencia: Pin 3 0 0 +5 +5 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 1 4.65 0.117 0.117 0.103 de Tabla 5.8E. Cálculos experimentales compuerta AND-OR invert IC tipo 7451 4. Resultados Niveles lógicos: 1= >2,5 voltios 0 = <1,0 voltios Primera experiencia: Pin 1 0 0 Pin 2 0 1 +5 1 +5 +5 0 1 +5 Tabla 6.1R. Resultados de salida compuerta o (or) IC 7432 Tabla 5.5E. Cálculos experimentales compuerta NOR (NO-0) IC tipo 7402 Pin 3 0 Sexta experiencia: Pin 1 0 0 +5 +5 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 3 4.58 4.5 4.75 0.178 de Segunda experiencia: Pin 1 0 Pin 6 4.55 4.57 4.52 4.51 0.671 Tabla 5.6E. Cálculos experimentales compuerta NAND (NO Y) IC tipo 7400 Pin 2 1 0 Séptima experiencia: Pin 1 0 +5 +5 +5 +5 Pin 2 0 0 +5 +5 +5 Pin 4 0 0 0 +5 +5 Pin 5 0 0 0 0 +5 +5 Tabla 6.2R. Resultados de compuerta no (not) IC 7404 Tercera experiencia: Pin 1 0 0 Pin 2 0 +5 Pin 3 0 0 Tabla 5.7E. Cálculos experimentales de compuerta NAND de cuatro entradas IC tipo 7420 Octava experiencia: 5 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA +5 +5 0 +5 0 1 +5 +5 +5 +5 +5 +5 0 +5 +5 0 0 +5 1 1 0 Tabla 6.3R. Resultados de compuerta Y (AND) IC tipo 7408 Cuarta experiencia: Tabla 6.7R. Resultados de compuerta NAND de cuatro entradas IC tipo 7420 7432 Pin 1 Pin 2 0 0 +5 +5 0 +5 0 +5 7404 Pin 6 1 0 0 0 1 2 3 4 5 6 Octava experiencia: A 0 +5 +5 +5 +5 +5 B 0 0 0 +5 +5 +5 C 0 0 +5 0 +5 +5 D 0 0 0 0 0 +5 Y 1 1 1 0 0 0 Tabla 6.4R. Resultados de compuerta OR+NOT=NOR IC tipo 7432 y 7404 Quinta experiencia: Pin 3 0 0 +5 +5 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 1 1 0 0 0 Tabla 6.8R. Resultados de compuerta AND-OR invert IC tipo 7451 5. Conclusión a. Teniendo en cuenta los datos de la tabla 5.1E y la tabla de verdad 6.1.R ¿Qué tipo de compuerta es el IC7432? De acuerdo a los datos es una compurta OR. Tiene dos entradas. Tabla 6.5R. Resultados de compuerta NOR (NO-0) IC tipo 7402 Sexta experiencia: Pin 1 0 0 +5 +5 Pin 2 0 +5 0 +5 Pin 3 1 1 1 0 b. Acorde con la tabla 5.2E y la tabla de verdad 6.2R. ¿Explique qué entiende por inversor? A B Figura 7.10 C D Tabla 6.6R. Resultados de compuerta NAND (NO Y) IC tipo 7400 Séptima experiencia: Pin 1 0 +5 Pin 2 0 0 Pin 4 0 0 Pin 5 0 0 Pin 6 1 1 1 Inversor segun la RAE es lo que cambio o sustituye por sus contrarios, la posición, el orden o el sentido de las cosas. En este caso el inversor cambia un nivel lógico al nivel opuesto. En términos de bits, cambia un 1 por un o, y un o por 1. 1 Fundamentos de sistemas digitales, Thomas L. Floyd, edición 9, p. 124 párrafo 1. 6 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA ¿Cuál es la función lógica que se cumple entre A, B y C figura 7.10? La función lógica que se cumple es algebraicamente conocida como multiplicación lógica, propia de la compuerta lógica AND . Donde A.B=C. c. es el terminal 6. La ecuación booleana es 4.5 = 6 para las respuestas use la tabla 7.2D Paso 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 Ecuación Booleana 1+2 = 3 1= 1. 2 = 3 =6 . =1 d. ¿Cuál es la función lógica que se cumple entre A,B y D figura 7.10? La función lógica que se cumple es algebraicamente conocida como multiplicación lógica, conocida como NAND, compuerta lógica que actua de manera completamente contraria a AND. Donde =C. 4-6 =3 e. Escriba la tabla de verdad entre A,B,C y D de la figura 7.10 en la tabla 1.1D, use 1s y 0s A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 0 0 0 1 D 1 1 1 0 4-7 Figura 7.2 D =6 g. Para las respuestas observe los datos de la tabla 5.8E y 6.8R. • Tabla 7.1D Corresponde las líneas 1,2,3; ¿Por qué la salida Y no cambie a pesar del cambio en A y C? Si corresponden las líneas 1, 2 y 3. Y no cambia la salida a pesar de los cambios en A y D porque en la línea 1 con la compuerta lógica Y (0.0=0), (0.0=0) pasando a la compuerta lógica NOR ( =1). En en la línea 2 con la compuerta lógica Y (1.0=0), (0.0=0) pasando a la compuerta lógica NOR ( =1). En en la línea 3 con la compuerta lógica Y (1.0=0), (1.0=0) pasando a la compuerta f. Exprese la ecuación booleana entre la entrada y salida para cada circuito del experimento, donde las variables de entrada y salida se indican con letras, use las letras: Para los IIC donde aparece el número del terminal utilícelos en las ecuaciones booleanas: Ejemplo: Supóngase que tenemos una compuerta AND de dos entradas los terminales de entrada son 4 y 5 y el de salida 7 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA lógica NOR ( =1), por lo A 4 +5 +5 +5 B +5 +5 +5 C 0 +5 +5 D 0 0 +5 Y 0 0 0 tanto no varían las líneas 1, 2 ni 3. A 1 2 3 • 0 +5 +5 B 0 0 0 C 0 0 +5 D 0 0 0 Y 1 1 1 5 6 h. Compare las líneas 3 y 4 ambas tienen 1 a la entrada. ¿ Por qué Y es diferente en la línea 4 comparada con la línea 3? Porque el segundo pin en cada caso varía el primero conectado a 0 voltios (1.0=0) y en el segundo caso conectado a 5 voltios lo cual cambia el valor de salida (1.1=1). A B 0 +5 C +5 0 D 0 0 Y 1 0 Complete la siguiente tabla de verdad para el circuito de la figura 7.20 _ _ B 1 1 0 0 1 0 1 0 Tabla 7.3.D A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A K 0 0 0 1 L 1 0 0 0 Y 0 1 0 0 3 4 • +5 +5 A B - B - A Figura 7.20 Compare las líneas 4,5,6; ¿ por qué a pesar que se adiciona un 1 en las líneas 5 y 6 no tiene efecto en Y? K L Y Porque en la línea 4 con la compuerta lógica Y (1.1=1), (0.0=0) pasando a la compuerta lógica NOR ( =0). En la línea 5 con la compuerta lógica Y (1.1=1), (1.0=0) pasando a la compuerta lógica NOR ( =1). En la línea 6 con la compuerta lógica Y (1.1=1), (1.1=1) pasando a la compuerta lógica NOR ( =0), por lo tanto no varían las líneas 4, 5 ni 6. 6. Bibliografía 8 CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA • Marco teórico, consultado en: http://rluis.xbot.es/edigital/ed01 .html, 06-08-2011 • Fundamentos de sistemas digitales. Thomas L. Floyd. Novena edición. P122. • MORRIS E. LEVINE. Teoría Digital y Experimentos Usando Circuitos Digitales. Edit. Prentice- Hall, inc. 9