V0
FIGURA 2. ESTADOSLÓGICOS 0 Y 1 REPRESENTADOSATRAVÉSDERANGOSDEVOLTAJES.
Para la mayoría de los fabricantes de circuitos electrónicos V0 corresponde a 0.0 volts, mientras que el voltaje V3 corresponde a un voltaje de alimentación (5 volts, etc...). Los voltajes superiores a V3 o inferiores a V0 son generalmente perjudiciales para los dispositivos digitales. La zona de niveles inválidos entre V1 y V2 es crítica ya que en este rango de voltaje, los circuitos digitales trabajan en forma errática y no saben que hacer. Un voltaje en ese rango puede ser interpretado como un 1 lógico o como un 0 lógico, o no producir efecto alguno como la respuesta.
COMPUERTASLÓGICAS AND, OR Y NOT. Las compuertas lógicas son bloques electrónicos
básicos de cualquier circuito digital, están constituidas por uno o varios circuitos con una o más líneas de entrada; es un dispositivo cuya función básica es tomar decisiones.
La decisión que toma una compuerta digital consiste en situar la salida en 0 o 1, de acuerdo al estado (0 o 1) de sus entradas. La figura 3 ilustra el diagrama esquemático de una compuerta lógica con 2 entradas (A, B) y una salida (Q).
FIGURA 3. DIAGRAMAESQUEMÁTICODEUNACOMPUERTALÓGICA.
En electrónica digital existen 7 tipos diferentes de compuertas lógicas; 3 de las cuales son básicas y las restantes cuatros son combinaciones de las básicas:
Compuertas básicas: AND, OR y NOT.
Compuertas compuestas con NOT: NAND y NOR. Compuertas exclusivas: XOR y XNOR.
La figura 4 muestra la representación simbólica de cada una de estas compuertas.
FIGURA 4. REPRESENTACIÓNSIMBÓLICADELASCOMPUERTASLÓGICAS.
(a) compuertas básicas, (b) compuertas combinadas con NOT, y (c) compuertas exclusivas.
CIRCUITOSINTEGRADOS. En la actualidad las compuertas de presentación comercial no vienen solas,
sino en grupos de varias (2, 3, 4, etc...) en un “circuito integrado”.
Este circuito integrado trae una serie de datos impresos a través de los cuales se pueden identificar sus características físicas y su origen de fabricación.
A continuación en la figura 5 se toma como muestra el “circuito integrado” M8228 para ilustrar cómo se identifican sus características.
FIGURA 5. IDENTIFICACIÓNDELASCARACTERÍSTICASDELCIRCUITOINTEGRADO M8228.
(a)
Apariencia externa. Las rayas denotan las terminales del circuito llamados PINES y numerados del 1 al 14; el PIN 7 es normalmente el de tierra, mientras que el 14 es el del voltaje.(b) Descripción de las siglas y números del circuito integrado.
En particular el circuito integrado 7408 está conformado por 4 compuertas (A, B, C y D) de dos entradas cada una, la figura 6 muestra en una representación esquemática, la estructura interna de este circuito.
FIGURA 6. REPRESENTACIÓNESQUEMÁTICAQUEMUESTRALAESTRUCTURAINTERNADEL CIRCUITOINTEGRADO M7408
COMPUERTA AND DEDOSENTRADAS. Una compuerta AND de dos entradas es un dispositivo lógico
que entrega:
Una salida ALTA (1) cuando sus dos entradas son ALTAS (1,1); y
Una salida BAJA (0) cuando hay un BAJO (0) en cualquiera de sus dos entradas.
La figura 7 muestra el símbolo lógico y un circuito eléctrico equivalente de una compuerta AND de tres entradas.
FIGURA 7. SÍMBOLOYEQUIVALENTEELÉCTRICODEUNACOMPUERTA AND DE 3 ENTRADAS.
(a)
Símbolo lógico de una compuerta AND de 3 entradas. (b) Análogo eléctrico.COMPUERTA OR DEDOSENTRADAS. Una compuerta OR de dos entradas es un dispositivo digital
que entrega:
Una salida BAJA (0) cuando sus dos entradas son BAJAS (0,0) y
Una salida ALTA (1) cuando existe al menos una ALTO (1) en sus dos entradas.
La figura 8 muestra el símbolo lógico y el circuito eléctrico equivalente de una compuerta OR de dos entradas.
FIGURA 8. SÍMBOLOYEQUIVALENTEELÉCTRICODEUNACOMPUERTA OR DEDOSENTRADAS.
(a) Representación simbólica de una compuerta de OR de dos entradas. (b) Circuito eléctrico
equivalente OR. Material a utilizar:
1 fuente de alimentación estabilizada 2 x 5v, 1A. 1 panel de trabajo A4 para Simulog.
1 adaptador. 1 compuerta OR. 1 compuerta AND. 1 inversor.
1 bit – input.
1 juego de 5 cables de experimentación 15 cm. 1 juego de 5 cables de experimentación 8 cm. 1 juego de 5 cables de experimentación 4 cm. 1tablero de conexiones A4.
1 portalámparas STE con rosca E-10 arriba. 1 lampara incandescente E-10, 15v, 2.0w. 2 conductores banana – banana.
6 conductores puente.
Desarrollo experimental:
1er. Experimento: Operación del análogo eléctrico de una compuerta lógica AND de 3 entradas.
a) Ensamble el circuito eléctrico indicado en la figura 7.
b) Encienda la fuente de voltaje usando 5 volts de corriente directa.
c) Recordando la lógica electrónica: interruptor cerrado corresponde a nivel alto o lógico 1 y abierto corresponde a nivel bajo o lógico 0; y que la lámpara encendida corresponde a nivel alto o lógico 1 y la lampara apagada corresponde a nivel bajo o lógico 0, vaya llenando la tabla 1.
ENTADAS SALIDA
A B C Q
2do. Experimento: Operación del análogo eléctrico de una compuerta lógica OR de 2 entradas.
a) Ensamble el circuito indicado en la figura 8.
b) Repetir los pasos (b) y (c) del primer experimento, incluida la tabla.
3er. Experimento: Operación de una compuerta AND de dos entradas.
a) Ensamble el circuito eléctrico que ilustra la figura 9.
b)
Operación de la compuerta y llenado de la correspondiente tabla de Verdad. Para fijar un nivel alto o lógico 1 en cualquiera de las entradas A o B de la compuerta, conecte ésta al positivo de la fuente (+5v), mientras que para obtener un nivel bajo o lógico 0, debe conectarse a tierra cualquiera de las entradas.c) Antes de activar el circuito asegúrese de que todos los componentes y puentes en el circuito estén correctamente conectadas y haciendo conexión firme en el tablero.
d)
Conecte las terminales A y B de entrada de la compuerta al bus Z o X (es decir a tierra), de esta forma estará aplicando una bajo a ambas entradas. Observe lo que sucede a los 3 LED’s, recordando que apagado es 0 y encendido corresponde a 1, anote sus resultados en el primer renglón vació de la tabla 2.Nota: Diodos y resistencias internos en el arreglo de compuerta.
Figura 9. Circuito de operación de una compuerta con 2 entradas A y B. D1, D2 yD3 = LED’s.
e)
Ahora desconecte la entrada A del bus Z y conéctela al bus Y o W, de esta forma estaráaplicando un alto (1) a la entrada A; observe que pasa en los LED’s y anote sus resultados en el segundo renglón de la tabla 2.
f)
Desconecte la entrada B del bus Z o X (es decir tierra) y conéctela al bus Y o W, de esta forma estará aplicando un alto (1) a la entrada B; observe que pasa en los LED’s y anote sus resultados en el tercer renglón de la tabla 2.Compare sus resultados con los obtenidos en la tabla 1.
ENTRADAS SALIDA
A B C
TABLA 2. Tabla de Verdad para una compuerta AND de dos entradas.
Prueba de los rangos de definición lógica de los niveles de una compuerta AND de dos entradas.
Como sabemos, el rango de valores de voltaje para la definición de un alto o de un bajo dependen de la familia de circuitos digitales (fabricante), en particular par la familia TTL un voltaje entre 0 y 0.8 volts es interpretado como un bajo, mientras que entre 2.4 y 5.0 volts es interpretado como un alto, si el valor del voltaje es menor al mínimo de este rango, el resultado es incierto, con la finalidad de investigar este comportamiento desarrollemos el siguiente procedimiento experimental:
4to. Experimento: Operación de una compuerta OR de dos entradas.
a) Arme el circuito que ilustra la figura 10.
b)
Conecte las entradas A y B a dos puntos cualquiera del bus X o Z 8tierra), así estará aplicando un bajo o lógico 0 a las entradas A y B. Observe que sucede a los LED’s D1, D2 yD3, recordando que encendido indica lógico 1 y apagado indica lógico 0, estos resultados
FIGURA 10. Circuito que muestra las conexiones de una compuerta OR de dos entradas.
c)
Desconecte la entrada B del bus X o Z y conéctela al bus Y, es decir al positivo de la fuente. Observe que sucede a los LED’s D1, D2 y D3 y anote sus observaciones en el segundo renglón de la tabla 3; recuerde que apago = 0 y encendido = 1.d)
Invierta las conexiones A y B del punto anterior, es decir: conecte A a cualquiera de los buses Y o W (positivo) y B a cualquiera de los buses X o Z. Anote sus resultados en el tercer renglón de la tabla 3.e)
Finalmente, coloque las entradas A y B en cualquiera de los buses Y o W (positivos) y anote sus resultados en el cuarto renglón de la tabla 3.ENTRADAS SALIDA
A B C
TABLA 3. Tabla de Verdad correspondiente a la operación de una compuerta OR de dos entradas.
0: LED Apagado, 1: LED Encendido, Buses X, Z: Tierra, Buses Y, W: positivo. Esto concluye los resultados de la operación de la compuerta OR de dos entradas.
Guía de Análisis y Cuestionario.
1. Dibuje y llene una tabla de verdad de una compuerta AND de 3 entradas. 2. Dibuje y llene una tabla de verdad de una compuerta OR de 3 entradas. 3. Responda las siguientes preguntas:
a) ¿Qué es una compuerta lógica?
b) ¿Para qué sirve una compuerta lógica?
COMPUERTALÓGICA NOT. La compuerta lógica más sencilla es la NOT, ya que ésta tiene una
sola entrada (A) y una sola salida (Y). La función fundamental de una compuerta NOT es invertir la señal de entrada, es decir, si el voltaje de entrada es alto (1) entrega un voltaje bajo (0) en la salida y viceversa, si en la entrada tiene un bajo (0) entonces entrega un alto (1) en la salida. Debido a esta función, la compuerta NOT también es conocida como “inversor”.
La figura 11 muestra el símbolo lógico de una compuerta NOT y su correspondiente tabla de verdad.
FIGURA 11. Compuerta lógica NOT.
(a) Símbolo lógico. (b) Tabla de verdad.