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FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES LABORATORIO
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA UAH
GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA
PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES OBJETIVOS
ü Iniciar y familiarizar al alumno con su puesto de trabajo en el laboratorio y con el manejo de la instrumentación básica del mismo.
ü Iniciar y familiarizar al alumno con el manejo de sistemas combinacionales y su diseño:
§ Utilizando funciones booleanas, expresadas analíticamente o mediante tablas de verdad, manipulándolas mediante la aplicación de teoremas y postulados del álgebra de Boole y aplicando métodos de simplificación para su reducción.
§ Implementando sistemas combinacionales, conectando C.I. digitales de la forma más ordenada posible y comprobando su correcto funcionamiento práctico.
§ Depurando errores funcionales de los circuitos utilizando la instrumentación disponible en el laboratorio.
§ Utilizando algunos sistemas de visualización de datos. § Diseñando y/o buscando la solución más idónea, mediante pequeños
sistemas �combinacionales, para dar respuesta a las cuestiones propuestas.
CONCEPTOS PREVIOS
��El alumno debe conocer los conceptos estudiados en la parte teórica de la asignatura sobre circuitos lógicos básicos, tablas de verdad, métodos de simplificación de funciones y el funcionamiento de aquellas funciones integradas más representativas (multiplexores, decodificadores, comparadores, sumadores, etc.), además de la instrumentación necesaria, los principios básicos para el montaje de circuitos en una placa de inserción y la utilización de las hojas de datos necesarias.
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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RECURSOS
�INSTRUMENTACIÓN þ Fuente de alimentación. � þ Multímetro digital. MATERIAL NECESARIO
� þ Común a todas las prácticas:
§ Placa de inserción. � § Alicates de punta plana. § Pelacables o tijeras de electricista. § Destornillador pequeño. § Carrete de hilo rígido del grosor adecuado para la placa de inserción.
þ En esta práctica:
§ C.I. 74LS00, 4 puertas NAND de 2 entradas. § 2 C.I. 74LS02, 4 puertas NOR de 2 entradas. § C.I. 74LS08, 4 puertas AND de 2 entradas. § C.I. 74LS32, 4 puertas OR de 2 entradas. § C.I. 74LS86, 4 puertas XOR de 2 entradas. § C.I. 74LS85, comparador de 4 bits. § C.I. 74LS83, sumador de 4 bits. § C.I. 74LS138, decodificado 3 a 8. § C.I. 74LS157, cuádruple multiplexor de 2 a 1. § 2 C.I. 74LS47, decodificador BCD 7 segmentos. § 2 Displays de ánodo común. § 12 Diodos led. § 4 Microinterruptores de 8 Microswitch. § Resistencias (20 unidades de 330 Ω y 20 de 1kΩ)
þ Siempre presente
§ Hojas de características: buscar en www.datasheetcatalog.com
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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DESARROLLO
Para completar el siguiente desarrollo práctico dispones de 10 horas y debes realizarlo de manera ordenada, lo que facilitará su comprensión y el adecuado acompasamiento con la parte teórica de la asignatura.
Parte 1: Trabajando con puertas lógicas.
1.- Dado el diagrama de la figura 1 obtén la expresión analítica de la función que realiza.
Figura 1: Función lógica
f= Desde la expresión para la función obtenida en el punto anterior completa la siguiente tabla:
A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
Implementa la función con puertas y comprueba que cumple la tabla de verdad deducida teóricamente.
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f
c+a
a+b
fac
b
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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Simplifica la función mediante el método de Karnaugh e implementa la función simplificada. Completa la tabla siguiente rellenando con un ‘1’ el valor de la función si el led está encendido y con ‘0’ si está apagado.
f =
A B C f1s 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
bc
a00 01 11 10
00 1 3 2
14 5 7 6
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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2-. Para la función f dada mediante el circuito lógico de la figura 2, obtén su expresión analítica, completando las anotaciones que faltan sobre la figura.
Figura 2: Función f implementada con puertas NOR
f= Desarrolla la expresión obtenida en el punto anterior, aplicando para ello el teorema de Morgan, hasta obtener una expresión de la función expresada en su primera forma canónica (suma de minterms)
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pr1_2.pdsprj15/10/2015
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a+b
a+b
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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Implementa la función con puertas y comprueba que cumple la tabla de verdad deducida teóricamente.
Simplifica la función mediante el método de Karnaugh e implementa la función simplificada. Completa la tabla siguiente rellenando con un ‘1’ el valor de la función si el led está encendido y con ‘0’ si está apagado.
f =
A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
bc
a00 01 11 10
00 1 3 2
14 5 7 6
A B C f 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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3.- Diseña un circuito, con puertas lógicas, que funcione de la siguiente forma: Su entrada proviene de una transmisión paralelo de informaciones numéricas codificadas en binario con 3 bits y transmitidas con paridad impar. Su salida detectará con un nivel alto si la información que recibe el circuito contiene algún error.
En ocasiones para comprobar que una transmisión es correcta se añaden a los bits que llevan información otros que no la llevan, bits redundantes. En este diseño a los tres bits que llevan información se le añade otro, que no la lleva, y que hace que las configuraciones transmitidas, 4 bits, tengan todas un número impar de unos. Por ejemplo para la configuración binaria 000 se hace que el bit de paridad sea 1 y así la configuración enviada 1000 ya tiene un número impar de unos.
Por tanto la función de salida tiene que detectar cuando en los 4 bits de entrada hay un número par de unos, caso en el que se habrá producido un error.
Sabiendo que una puerta OR_EXCLUSIVA da salida 1 cuando el número de unos en su entrada es impar realizar el circuito usando puertas OR_EXCLUSIVA de dos entradas.
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GRADO EN INGENIERIA INFORMÁTICA
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7) Diseña un circuito, con puertas lógicas, que funcione de la siguiente forma: Su entrada
proviene de una transmisión paralelo de informaciones numéricas codificadas en binario con
3 bits y transmitidas con paridad impar. Su salida detectará con un nivel alto si la información
que recibe el circuito contiene algún error.
En ocasiones para comprobar que una transmisión es correcta se añaden a los bits que
llevan información, otros, que no la llevan, bits redundantes. En este diseño a los tres bits
que llevan información se le añade otro, que no la lleva, y que hace que las configuraciones
transmitidas, 4 bits, tengan todas un número impar de 1. Por ejemplo para la configuración
binaria 000 se hace que el bit de paridad sea 1 y así la configuración enviada 1000 ya tiene
un número impar de 1.
Por tanto la función de salida tiene que detectar cuando en los 4 bits de entrada hay un número par de 1, caso en el que se habrá producido un error. Completa el diseño, obteniendo la función f y dibuja el circuito con puertas
OR_EXCLUSIVA.
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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Implementa el circuito obtenido. Comprueba su funcionamiento práctico, y refleja éste funcionamiento, mediante la tabla de verdad representativa del mismo.
Bp A B C f 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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Parte 2: Trabajando con funciones integradas. 4.- Inyectando los niveles indicados a sus entradas y observando el comportamiento de sus salidas, completa de forma experimental la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS85 representado en la siguiente figura.
Figura3:CI74LS85
entradas salidas
a>b a=b a<b Número A A3 A2 A1 A0
Número B B3 B2 B1 B0
a>b a=b a<b
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0
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a
cb
f
c+a
a+b
fac
b
abac
A110
S19
A28
S26
A33
S32
A41
S415
B111
B27
B34
B416
C013
C414
74LS83
A010
A112
A213
A315
B09
B111
B214
B31
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A=B3
QA=B6
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B2
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E35
Y015
Y114
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Y411
Y510
Y69
Y77
74LS138
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1Y4
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3B10
4A14
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A/B1
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U16
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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5.- Realiza las mismas operaciones para completar la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS83.
Figura4:CI74LS83
entradas salidas
C0 Número A
A4 A3 A2 A1
Número B B4 B3 B2 B1
C4 Suma
S4 S3 S2 S1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0
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f
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S19
A28
S26
A33
S32
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S415
B111
B27
B34
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C013
C414
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A010
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A213
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B09
B111
B214
B31
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QA=B6
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Y015
Y114
Y213
Y312
Y411
Y510
Y69
Y77
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1A2
1Y4
1B3
2A5
2Y7
2B6
3A11
3Y9
3B10
4A14
4Y12
4B13
A/B1
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74LS157
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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6.- Actúa de igual manera y realiza las mismas operaciones para completar la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS138.
Figura4:CI74LS138
Entradas salidas E1 E2 E3 C B A Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0
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S415
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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7.- De igual forma, completa experimentalmente la tabla de funcionamiento del circuito comercial 74LS157.
Figura5:CI74LS157
entradas salidas E A/B 1A 2A 3A 4A 1B 2B 3B 4B 1Y 2Y 3Y 4Y 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
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8.- En base a las funciones integradas 74LS157 (multiplexor de 2 canales de 4 bits cada uno), 74LS85 (comparador de 2 números de 4 bits cada uno), 74LS47 (decodificador excitador BCD-7 segmentos) y las puertas lógicas que se consideren necesarias, diseña un circuito lógico mínimo que ante 2 números de entrada (codificados en BCD con 4 bits) visualice sobre un display de ánodo común el mayor de ambos. Implementa dicho diseño y comprueba su correcto funcionamiento práctico.
Puedes utilizar la siguiente figura como apoyo para el diseño:
Figura6:Diseño1
?????
CCT002
A7
QA13
B1
QB12
C2
QC11
D6
QD10
BI/RBO4
QE9
RBI5
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7485
b0b1b2b3
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2A5
2Y7
2B6
3A11
3Y9
3B10
4A14
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PRÁCTICA 1: SISTEMAS COMBINACIONALES
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ANEXO Antes de llevar a cabo los montajes requeridos, debes familiarizarte con la placa de inserción y los sistemas de visualización y suministro de estímulos a los circuitos implementados. En este sentido los siguientes consejos te serán de ayuda.
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DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA UAH
GRADO EN INGENIERIA INFORMÁTICA
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ANEXO 1 Antes de llevar a cabo los montajes requeridos, debes familiarizarte con la placa de inserción y los sistemas de visualización y suministro de estímulos a los circuitos implementados. En este sentido los siguientes consejos te serán de ayuda.
Figura 1: Asignando valores a las variables de entrada mediante microswitch y visualizando el valor de la función lógica de salida
mediante diodos led
Figura 2: Tabla Figura 3: Microswtch con los pines adecuados para la placa de inserción
Figura 4: Detalle de un circuito lógico montado en una placa de inserción
Figura 5: Detalle de la unión de los puntos en una placa de inserción
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Figura 6: Detalle de la inserción en la placa de C.I. Figura 7: Detalle de la alimentación de un C.I.