SISTEMAS DIGITALES I
GUIA DE LABORATORIO # 1

CIRCUITOS LOGICOS CON CONMUTADORES

I. INTRODUCCION

Al iniciar el curso de electronica digital es muy importante el saber como se digitaliza la información para que pueda ser aplicada de manera correcta.

En el siguiente experimento veremos el funcionamiento de diferentes dispositivos logicos y sus elementos.

II. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES
Implementar y verificar la operación y funcionamiento de los diferentes dispositivos lógicos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Verificar el funcionamiento lógico de cada circuito , con su respectiva tabla de verdad
Observar el comportamiento de los unos (verdadero) y ceros (falso) en el encendido y apagado de los focos en cada circuito
Ver como trabaja cada circuito lógico , ver sus diferencias y caracteristicas de cada uno de ellos

III. RESUMEN

o Lo primero que hicimos con mi grupo fue atender a la explicación del docente
o Dibujamos las figuras de cada compuerta en un cartón
o Cortamos los cables y probamos montando el circuito
o Se hizo las perforaciones al cartón para la colocación de los componentes operativos (conmutadores)
o En algunas ocasiones no logramos hacer que funcionase el circuito y intentábamos una vez mas
o Completamos todas las compuertas con su correcto funcionamiento en dos clases de laboratorio
o Se verifica con las tablas de verdad el funcionamiento de cada circuito

IV. MARCO TEORICO

Empecemos con lo básico y que debemos saber muy bien
¿Que es un circuito lógico?
Es aquel que maneja la información en forma de "1" y "0", dos niveles de voltaje fijos. "1" nivel alto o "high" y "0" nivel bajo o "low".
Estos circuitos están compuestos por elementos digitales como las compuertas: AND (Y), OR (O), NOT (NO).....y combinaciones poco o muy complejas de los circuitos antes mencionados. Estas combinaciones dan lugar a otros tipos de elementos digitales como los compuertas, entre otros :
- nand (No Y) - nor (No O) - or exclusiva (O exclusiva) - mutiplexores o multiplexadores - demultiplexores o demultiplexadores - decodificadores
- codificadores - memorias - flip-flops - microprocesadores - microcontroladores - etc.
La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar muchas funciones. Aunque los circuitos electrónicos pueden resultar muy complejos, en realidad se construyen de un número muy grande de circuitos muy simples.En un circuito digital se transmite información binaria (ceros y unos) entre estos circuitos y se consigue un circuito complejo con la combinación de bloques de circuitos simples.
La información binaria se representa en la forma de "0" y "1", un interruptor "abierto" o "cerrado", "On" y "Off", "falso" o "verdadero", en donde "0" representa falso y "1" verdadero.
Los circuitos lógicos se pueden representar de muchas maneras. En los circuitos siguientes la lámpara puede estar encendida o apagada ("on" o "off"), dependiendo de la posición del interruptor. (apagado o encendido)

Los posibles estados del interruptor o interruptores que afectan un circuito se pueden representar en una tabla de verdad. Las tablas de verdad pueden tener muchas columnas, pero todas las tablas funcionan de igual forma. Hay siempre una columna de salida que representa el resultado de todas las posibles combinaciones de las entradas.

El Número de columnas en una tabla de verdad depende de cuantas entradas hay + 1 (la columna de la salida), el número de filas representa la cantidad de combinaciones en las entradas
Número de combinaciones = 2n, donde n es el número de columnas de la tabla de verdad (menos la columna de salida)
Ejemplo: en la siguiente tabla hay 3 columnas de entrada, entonces habrán: 23 = 8 combinaciones (8 filas)
Un circuito con 3 interruptores de entrada (con estados binarios "0" o "1"), tendrá 8 posibles combinaciones. Siendo el resultado (la columna salida) determinado por el estado de los interruptores de entrada.

Los circuitos lógicos son básicamente un arreglo de interruptores, conocidos como "compuertas lógicas" (compuertas AND, NAND, OR, NOR, NOT, etc) Cada compuerta lógica tiene su tabla de verdad. Y, si pudiéramos ver en mas detalle la construcción de éstas, veríamos que es un circuito comprendido por transistores, resistencias, diodos, etc. conectados de manera que se obtienen salidas específicas para entradas específicas
La utilización extendida de las compuertas lógicas, simplifica el diseño y análisis de circuitos complejos. La tecnología moderna actual permite la construcción de circuitos integrados (IC´s) que se componen de miles (o millones) de compuertas lógicas.
La compuerta lógica AND o Y
Es una de las compuertas más simples dentro de la Electrónica Digital. Su representación es la que se muestra en las siguientes figuras.
La compuerta Y lógica tiene dos entradas A y B, aunque puede tener muchas más (A,B,C, etc.) y sólo tiene una salida X..
En los gráficos siguiente se muestran una compuerta "Y" de 2 y de 3 entradas :

compuerta AND de 2 entradas ..........................................................compuerta AND de 3 entradas

La compuerta AND de 2 entradas tiene la siguiente tabla de verdad :

Se puede ver claramente que la salida X solamente es "1" (1 lógico, nivel alto) cuando tanto la entrada A como la entrada B están en "1".En otras palabras "La salida X es igual a 1 cuando la entrada A y la entrada B son 1
Esta situación se representa en el álgebra booleana como: X = A * B o X = AB. Una compuerta AND de 3 entradas se puede implementar con interruptores de la siguiente manera:

A = Abierto C = Cerrado

Una compuerta AND puede tener muchas entradas. Una AND de múltiples entradas puede ser creada conectando compuertas simples en serie. Si si se necesita una AND de 3 entradas y no hay disponible, es fácil crearla con dos compuertas AND en serie o cascada como se muestra en la siguiente figura:

De igual manera, se puede implementar circuitos AND de 4 o más entradas

La compuerta lógica "OR"
Es una de las compuertas mas simples dentro de la Electrónica Digital. La salida de esta compuerta será "1" cuando en cualquiera de sus entradas haya un "1".
Su representación y tabla de verdad se muestran a continuación:

Y se representa con la siguiente función booleana: X = A + B o X = B + A
Esta misma compuerta se puede implementar con interruptores como se muestra en la siguiente figura, en donde se puede ver que: cerrando el interruptor A "O" el interruptor B se encenderá la luz
"1" = cerrado , "0" = abierto, "1" = luz encendida

En las siguientes figuras se muestran la representación de la compuerta "OR" de tres entradas con su tabla de verdad y la implementación con interruptores
Representación de una compuerta OR de 3 entradas con su tabla de verdad

Compuerta "OR" de 3 entradas implementada con interruptores :

Se puede ver claramente que la luz se encenderá cuando cualquiera: A o B o C este cerrada
Compuerta lógica "NOR"
Una compuerta NOR (No O) se puede implementar con la concatenación de una compuerta OR con una compuerta NOT, como se muestra en la siguiente figura

Símbolo de compuerta NOR ................................................Equivalente con compuertas OR yNOT

Al igual que en el caso de la compuerta OR, ésta se puede encontrar en versiones de 2, 3 o más entradas. Las tablas de verdad de estos tipos de compuertas son las siguientes:

Tabla de verdad de una compuerta NOR de 2 entrada

Tabla de verdad de una compuerta NOR de 3 entradas

Como se puede ver la salida X sólo será "1" cuando todas las entradas sean "0".
Compuerta NOT creada con compuerta NOR
Un caso interesante de este tipo de compuerta, al igual que la compuerta NAND, es que cuando éstas (las entradas A y B o A, B y C) se unen para formar una sola entrada, la salida (X) es exactamente lo opuesto a la entrada, en la primera y la última línea de la tabla de verdad.
En otras palabras: Con una compuerta NOR podemos implementar el comportamiento de una compuerta NOT
Compuerta NOT creada con una compuerta NOR :

Tabla de verdad :

En resumen podemos decir que :
COMPUERTA AND
La compuerta AND hace la función de multiplicación, es decir toma los valores que le aplicamos a sus entradas y los multiplica.

COMPUERTA OR
La compuerta OR realiza la función de suma, cuando se le aplica un uno a cualquiera de sus entradas el resultado será uno, independiente del valor de la otra entrada. Excepto cuando las dos entradas esten en 0 la salida será 0.

COMPUERTA NOT
La compuerta NOT es todo lo cantrario al Buffer, invierte el valor que se le entrega, también tiene la utilidad de ajustar niveles pero tomando en cuenta que invierte la señal.

V. LISTADO DE MATERIALES

1.- Maquetas
2.- Interruptores
3.- Bombillas
4.- Pilas de linterna de 1.5 V
5.- Cable eléctrico delgado
6.- Multimetro
7.- Soldador y soldadura resinada
8.- Herramientas (alicates, desarmadores, etc.)

VI. LABORATORIO

1. Dibujar en la maqueta el símbolo de la compuerta lógica que se quiere representar
2. Aplicar perforaciones en los puntos necesarios y cablear el circuito utilizando trozos de cable , interruptores pilas y focos de linterna de manera tal que con la activación adecuada de los interruptores en las entradas de los circuitos lógicos , se obtenga la señal esperada en el foco que representara la salida de las respectivas compuertas lógicas .
3. Antes de energizar el circuito asegúrese de que los pines de alimentación y tierra estén correctamente conectados
4. Llenar la respectiva tabla de verdad

VII. CONCLUSIONES

Podemos concluir con lo siguiente :
> Se cumplio con el objetivo general y específico del laboratorio
> Vimos lo que es la introducción a la electrónica digital
> Se logro ver también como en la vida real es visto y aplicado el algebra con las tablas de verdad , en los circuitos de compuertas lógicas
> Se entendió a cabalidad el funcionamiento de las primeras compuertas lógicas

VIII. FE DE ERRATAS

Entre algunos errores y algunos cambios en este primer laboratorio podríamos indicar algunos y su o sus razones :
Los cables de los que disponíamos era demasiado delgados por lo que se rompían con demasiada facilidad y no se podía avanzar con una mayor rapidez