UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA MECANICA Y MINASCARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES I

INFORMELABORATORIO N1

ALUMNOS:CARLOS ARTURO BEDIA LUISKAREN PATRICIA PERALTA CANCHISCODIGO:080231101687DOCENTE:ING. CELSO PALOMINOSEMESTRE:2015-I

PROCEDIMIENTO1.- RESUMEN TEORICO:a.- NIVELES LOGICOS TTL.TTLes la sigla en ingls detransistor-transistor logic, es decir, lgica transistor a transistor. Es una tecnologa de construccin de circuitos electrnicosdigitales.CARACTERISTICASSutensinde alimentacin caracterstica se halla comprendida entre los 4,75V y los 8,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.Los niveles lgicos vienen definidos por el rango de tensin comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 5,4V y Vcc para el estado H (alto).La velocidad de transmisin entre los estados lgicos es su mejor base, si bien esta caracterstica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y ltimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco ms de los 400 MHz.Las seales de salida TTL se degradan rpidamente si no se transmiten a travs de circuitos adicionales de transmisin (no pueden viajar ms de 2 m por cable sin graves prdidas).b.- NIVELES LOGICOS CMOS.Complementary metal-oxide-semiconductoroCMOS (semiconductor complementario de xido metlico)es una de lasfamilias lgicasempleadas en la fabricacin decircuitos integrados. Su principal caracterstica consiste en la utilizacin conjunta detransistoresde tipopMOSy tiponMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energa es nicamente el debido a las corrientes parsitas, colocado obviamente en la placa base.VentajasLa familia lgica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricacin de circuitos integrados digitales: El bajo consumo de potencia esttica, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipoMOSFETy a que, en estado de reposo, un circuito CMOS slo experimentar corrientes parsitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lgicos existe un camino directo entre la fuente de alimentacin y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS bsico se encuentra en la regin de corte en estado estacionario. Gracias a su carcter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradacin de seal debido a laimpedanciadel metal de interconexin. Los circuitos CMOS son sencillos de disear. La tecnologa de fabricacin est muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integracin muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologas.InconvenientesAlgunos de los inconvenientes son los siguientes: Debido al carcter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lgicas. Son vulnerables alatch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parsito en la estructura CMOS que entra en conduccin cuando la salida supera la alimentacin. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentacin de los circuitos integrados. Ellatch-upproduce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentacin que acarrea la destruccin del dispositivo. Siguiendo las tcnicas de diseo adecuadas este riesgo es prcticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusin con suficiente regularidad, para asegurarse de que est slidamente conectado a masa o alimentacin. Segn se va reduciendo el tamao de los transistores, las corrientes parsitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinmicas (debidas a la conmutacin de los dispositivos).c.- IMNUNIDAD AL RUIDO.Se denomina ruido a cualquier perturbacin involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito. El ruido puede generarse externamente por la presencia de escobillas en motores o interruptores, por acoplo por conexiones o lneas de tensin cercanas o por picos de la corriente de alimentacin. Para no verse afectado por el ruido, los circuitos lgicos deben tener cierta inmunidad al ruido, que se define como la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensin no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida.d.- MARGEN DE RUIDO.Los fabricantes establecen un margen de seguridad conocido como MARGEN DE RUIDO para no sobrepasar los valores crticos de tensin.

Si la tensin de entrada mnima a nivel alto de una puerta tiene como valor VIHmn, la tensin mnima de salida a nivel alto debe ser igual o superior a VIHmn. Pero para evitar la influencia de ruidos que afecten a la siguiente puerta, no se permitir una tensin de salida inferior a VIHmn ms el margen de ruido a nivel alto (VNIH):

Para determinar el valor de VOLmx aplicamos el mismo criterio pero utilizando el margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

Margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

Margen de ruido a nivel alto (VNIH):

e.- DISIPACION DE POTENCIA.Por una puerta lgica circula corriente procedente de una fuente de alimentacin continua. Cuando el estado de la salida de la puerta es alto circula una corriente ICCH y cuando est a nivel bajo circula ICCL. Al aplicar impulsos a las entradas de una puerta, la salida conmuta entre los estados alto y bajo por lo que la corriente de alimentacin vara entre ICCH y ICCL. Por esto, la disipacin de potencia de una puerta lgica se calcula efectuando la media aritmtica de los dos resultados (los clculos se realizan en vaco, sin ninguna carga conectada a la salida de la puerta).

f.- RETARDO DE PROPAGACION.Cuando una seal se propaga a travs de un circuito electrnico, siempre experimenta un retardo de tiempo. Un cambio de nivel de salida siempre se produce en cierto tiempo, llamado tiempo de retardo de propagacin, despus de que se ha realizado un cambio en las entradas.Existen dos tiempos de propagacin: tpLH : Tiempo entre un determinado punto del pulso de entrada (50% del flanco) y el correspondiente punto (50% del flanco) del impulso de salida cuando la salida cambia de nivel bajo a nivel alto. tpHL : Tiempo entre un determinado punto del pulso de entrada (50% del flanco) y el correspondiente punto (50% del flanco) del impulso de salida cuando la salida cambia de nivel alto a nivel bajo.tpD : Tiempo de propagacin medio. Debido a que los tiempos tpLH y tpH no son iguales en una misma puerta, se da el tiempo de propagacin medio:

El retardo de propagacin de una puerta limita la frecuencia a la que puede trabajar. Cuanto mayor es el retardo de propagacin, menor es la frecuencia mxima. Luego, un circuito de muy alta velocidad ser aquel que tenga un retardo de propagacin muy pequeo.g.- PRODUCTO VELOCIDAD POTENCIA.Ya que la mayora de aplicaciones trabajarn en rgimen dinmico la velocidad de conmutacin de los circuitos debe ser muy elevada. De esta manera, la velocidad de un circuito junto con la disipacin de potencia se convierten en los factores determinantes de la calidad de una familia lgica. Para facilitar la comparacin de unas familias lgicas con otras, estas dos caractersticas se suelen dar unidas en un producto entre ambas expresado en pJ (picoJulios). La potencia que se utiliza en esta expresin se refiere al rgimen esttico (cuando trabajamos en conmutacin, la potencia de una puerta se incrementa debido a su elevada rapidez, al aumentar la corriente Icc). El fabricante intentar minimizar en lo posible este producto.h.- FAN IN Y FAN OUT.Los fabricantes suelen especificar de carga para las entradas y factores de excitacin para las salidas, refiriendo las magnitudes de las corrientes en estado alto y bajo con respecto de las unidades de carga definidasUn ejemplo seria:

2.- Obtener la curva de transferencia de la puerta NAND a partir del C.I. 74LS00.

3.- Verificar la tabla de lgica de funcionamiento de los siguientes TTLs.74LS00 NAND DE DOS ENTRADASABSALIDA

001

011

101

110

74LS02 NOR DE DOS ENTRADASABSALIDA

001

010

100

110

74LS04 NOTASALIDA

01

10

74LS08 AND DE DOS ENTRADASABSALIDA

000

010

100

111

74LS32 OR DE DOS ENTRADASABSALIDA

000

011

101

111

74LS86 OR-EXCLUSIVOABSALIDA

000

011

101

110

4.- Implementar en el laboratorio el circuito lgico mostrado y haciendo uso de la tabla de combinaciones, hallar el valor de f(w,x,y,z). Verificar los valores tericos con los obtenidos en el laboratorio. Considere la entrada w como la entrada ms significativa.

Tabla de verdadWXYZSALIDA

00001

00010

00101

00110

01001

01010

01101

01110

10000

10010

10100

10111

11000

11011

11100

11111

La funcin requerida ser:

Imagen del resultado obtenido estando en la combinacin 1 1 1 1.5.- Obtener la curva de transferencia de la puerta mostrada en el osciloscopio. 6.- Implementar en el laboratorio el circuito lgico mostrado en la figura, llenar una tabla de combinaciones, determinar S y C. Contrastar los valores tericos y prcticos.

Tabla de verdad:ABCS1C1

00000

00101

01001

01110

10001

10110

11010

11111

Obtenemos las siguientes funciones:

7.- Determinar la funcin booleana de salida en el circuito mostrado, indique la tabla de combinaciones. Verificar en el laboratorio su funcionamiento, donde X es la entrada ms significativa, siguiendo A, B, C, en ese orden. Determinar los valores de S y C.

La tabla de verdad es:XABCS2C2

000000

000110

001010

001101

010010

010101

011001

011111

100000

100111

101011

101101

110010

110100

111000

111111

Obtenemos las siguientes funciones:

Imagen de los resultados obtenidos de los ejercicios 6 y 7, de izquierda a derecha estando ambos en las combinaciones 1 1 1 y 1 1 1 1.

OBSERVACIONES:-NingunaCONCLUSIONES:-Se pudo observar el funcionamiento de cada TTL indicado.-Observamos las tablas de verdad, as como tambin su interaccin al obtener diferentes combinaciones.-Se observ la funcin de transferencia y de su grafica pudimos observar el funcionamiento del TTL mostrado.BIBLIOGRAFIA:-Fundamentos de Sistemas Digitales, Thomas Floyd 9a Edicin-Sistemas Digitales, Ronald J. Tocci & Neal S. Widmer 6ta Edicin