Implementación de Funciones Lógicas Combinatorias con Circuitos Integrados M.S.I 36

PRÁCTICA 6

IMPLEMENTACIÓN DE FUNCIONES LÓGICAS COMBINATORIAS

CON CIRCUITOS INTEGRADOS M.S.I.

OBJETIVOS:

Utilización del manual T.T.L. en la identificación y caracterización de circuitos M.S.I.

Estudio de las siguientes funciones lógicas:

o Sumador binario paralelo. o Comparador de magnitud. o Decodificador. o Multiplexor.

INTRODUCCIÓN

El procedimiento de diseño para los circuitos combinatorios minimiza el número de compuertas necesarias para ejecutar una función dada. Este procedimiento clásico asume que, dados dos circuitos que efectúen la misma función, aquel que utilice menos compuertas es el más óptimo. Esto no es necesariamente cierto con los circuitos integrados, ya que la cantidad de compuertas no determina el costo, si no el numero de CI y el tipo de estos utilizados. Así mismo, gran parte de la optimización es conseguir un número reducido de interconexiones.

En muchas ocasiones el método clásico de diseño no produce el mejor circuito combinatorio para ejecutar una función dada. Además la tabla de verdad y el procedimiento de simplificación en este método se vuelve muy complicado si el número de variables de entrada es excesivamente grande. En una mayoría de aplicaciones, un procedimiento de diseño alterno puede producir un circuito resultante aun mejor que le obtenido al seguir el método clásico de diseño. La posibilidad de un procedimiento de diseño alterno depende del problema en particular y del ingenio del diseñador.

Cualquier procedimiento que se seleccione nos llevará a una función que consecuentemente implementaremos. Antes de implementar la primera pregunta que debemos contestar es si esa función esta disponible en un circuito integrado como M.S.I. si no se encuentra un componente M.S.I. que produzca exactamente la función requerida, un diseñador recursivo debe poder formular un método para incorporar un M.S.I. en su circuito. La selección de componentes M.S.I. con preferencia sobre las compuertas en S.S.I. es extremadamente importante ya que invariablemente dará como resultado una reducción considerable de “ chips “ y de cables externos de interconexión en la implementación de sistemas digitales.

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Esta práctica se divide en dos secciones, de tal forma que se tenga un aprovechamiento óptimo de los puntos estudiados. En la primera parte se estudian dispositivos tales como sumadores y comparadores. En la segunda parte corresponde al estudio de los decodificadores. Concluyendo con los multiplexores. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO

Cantidad Descripción

1 Fuente de alimentación de 5 VDC2 CI SN 7483 2 CI SN 7485 - CI SN 7400 - CI SN 7404 - CI SN 74150 - CI SN 7408 - CI SN 74138 - CI SN 7410 - LED’S - Resistores de 220, 330, 470 ó 560 ohms, ¼ W. - Resistores de 1K ó 2.2K, ¼ W. 2 Microswith de 8P8T 2 Protoboards 1 Probador Lógico

Pre-reporte:

Investigar los diagramas esquemáticos y las tablas de verdad de los C.I. M.S.I. concernientes a los puntos: 1, 4, 6 y 9.

Para la primera parte, elaborar los diagramas esquemáticos para expansiones de

los circuitos (puntos 3 y 5).

Para la segunda parte, diseñar los circuitos especificados en los puntos 7 y 10 de la práctica.

DESARROLLO EXPERIMENTAL Primera parte: C.I.’s sumadores y comparadores Sumador binario paralelo de 4 bits 1.- Utilizando el CI 7483 implemente el sumador binario de 4 bits tal como se muestra en la figura 6.1.

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DATO A

DATO B

14

15

2

6

9

16

4

7

11

1

3

8

10

R = 220 OHMSCO

C0 C4

B4

B3

B2

B1

S4A4 S3A3 S2A2 S1A1

7483

1314

Figura 6.1: Sumador binario de 4 bits.

2.- Realice un mínimo de 5 sumas para comprobar su funcionamiento . 3.- Apoyándose en lo solicitado en el pre-reporte, efectúe la expansión del circuito para obtener un sumador de 8 bits, utilizando otro CI 7483. Compruebe su funcionamiento efectuando un mínimo de tres sumas. Comparador de magnitud 4.- Utilizando el CI SN 7485, implemente el comparador de magnitud de 4 bits como se muestra en la figura 6.2. Compruebe su funcionamiento.

DATO A

DATO B

R = 220 OHMS

7485

5V

10

12

13

15

9

11

14

12

3

4

7

6

5

A0

A1

A2A3

B0

B1

B2

A<B

A=B

A>B

B3A<B

A=B

A>B

Figura 6.2: Comparador de dos números de 4 bits 5.- Acorde al diagrama elaborado para el pre-reporte, implemente la expansión del circuito anterior para obtener un comparador de 8 bits. Compruebe su funcionamiento.

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Segunda parte: C.I.’s decodificadores y multiplexores Decodificador de 3 a 8 líneas 6.- Implemente un decodificador con el CI 74LS138 (figura 6.3). Compruebe su funcionamiento obteniendo su tabla de verdad (incluyendo las entradas de habilitación G1, G2A y G2B).

SELECCIÓN DE ENTRADAS

HABILITACIÓN

74LS138

1

2

3

4

5

6

15

14

12

11

10

9

7

13 SALIDAS(VERIFICAR

CON ELPROBADOR

LÓGICO)

A

B

C

G1

G2AG2B

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Figura 6.3: Decodificador 3 a 8 implementado con el CI 74LS138

7.- Diseñe un sumador completo, utilizando un CI 74LS00, un CI 74LS32 y el decodificador del punto anterior. Compruebe su funcionamiento. 8.- Implemente el sumador y compruebe su funcionamiento utilizando interruptores a las entradas y LED’s a la salida. Multiplexor de 16 a 1 9.- Implemente un multiplexor de 16 a 1 (CI 74150), de acuerdo a la figura 6.4 compruebe su funcionamiento obteniendo su tabla. Considere todas las combinaciones posibles para las entradas selectoras de datos.

ENTRADA DE DATOS

0 A B C D G

M74150

10

SALIDA

STROBE

ENTRADASSELECTORAS

DE DATOS1 2 4 5 6 7 8 93 10 11 12 13 14 15

LSB

MSB

Figura 6.4: Multiplexor experimental con el CI 74150.

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10.- Apoyándose en el circuito de la figura 6.4, diseñe e implemente con el MUX 74150, un circuito lógico capaz de representar la función:

F (W, X, Y, Z) = ∑(2, 4, 5, 6, 13, 14)

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS Desarrolle los puntos siguientes: 1. Respecto al punto 3, justifique algebraicamente el funcionamiento del sumador, respecto a la variable C0 (acarreo de entrada). 2. Investigue, para el punto 4, ¿Cuál es el tiempo de comparación para una palabra de 8 bits?. Siguiendo ese modelo, ¿Cuál es el tiempo de comparación para una palabra de 16 bits?. 3. Implemente con CI 74LS85, un sistema que procese palabras de 32 bits con un tiempo de propagación de 72ns 4. Implemente un decodificador de 24 líneas utilizando los CI 74LS138 necesarios. Justifique su diseño. 5. Diseñe un circuito lógico con S.S.I que cumpla con la siguiente tabla de verdad. Simplifique al máximo.

ENTRADAS SALIDAS A B C X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1

6. ¿Qué diferencia existe entre un decodificador y un demultiplexor? 7. ¿Qué configuración con MUX’s propone para la implementación de una función de 7 entradas capaz de detectar solo las letras mayúsculas en código ASCII? 8. Mencione ventajas y desventajas de generar minitérminos y funciones lógicas con S.S.I., decodificadores y multiplexores.

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