practicas de electronica digital

INSTITUTO TECNOLGICO DE CELAYA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECATRNICA

PRACTICA 1

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Compuertas lgicas.

Fecha de entrega: Fsico:__________________Reporte:____________________

OBJETIVO DE LA PRCTICA:

Familiarizarse con la lgica digital, hojas de datos de compuertas lgicas y el comportamiento de las mismas.

MATERIAL REQUERIDO:

Hojas de datos de los circuitos integrados 7404, 7408 y 7432. Circuitos integrados con las compuertas AND, NOT y OR. 1 protoboard. 1 multimetro. Alambre para protoboard. LEDs de diversos colores.

PROCEDIMIENTO:

Analizar la informacin de las hojas de datos de cada compuerta. Estudiar el smbolo y la tabla de verdad de cada compuerta. Simular cada compuerta como se ilustra en la figura 1.

Figura 1.- Simulacin de compuerta lgica AND.

Comprobar el funcionamiento de cada una de las compuertas utilizando los circuitos integrados de la familia 74 obteniendo los siguientes datos: Voltaje de salida de cada compuerta. Nivel de voltaje de entrada para que la compuerta intrprete un 0 y 1. Que sucede en las entradas de las compuertas cuando no conecto un 0 o un 1 lgico. Corriente que consume cada circuito integrado.

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente emite luz. Existen diodos LED de varios colores y estos dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo y muchos ms. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa. El LED tiene un voltaje de operacin que va de 1.5 a 2.2 Volts aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por el va de 10 mA a 20 mA en los diodos de color rojo y de entre 20 mA y 40 mA para los otros LED.

Nota: El nodo es la terminal larga del led y el ctodo es la terminal corta del mismo.

Realiza los clculos necesarios en el circuito de la figura 2 para obtener el valor adecuado de R1.

Figura 2.- Simulacin de LED.

Utilizando un software de simulacin implementa el circuito que se ilustra en la figura 2 para analizar los efectos de R1 sobre la intensidad luminosa del led. Realiza el paso anterior en fsico.

PRACTICA 2

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Compuertas lgicas.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Familiarizarse con la lgica digital y el funcionamiento de las compuertas NOR, NAND, XOR y XNOR.

MATERIAL REQUERIDO:

Circuitos integrados con las compuertas NOR, NAND, XOR y XNOR. 1 protoboard. 1 multimetro. Alambre para protoboard. Dip switch. Resistencias de 220 y 1k .

PROCEDIMIENTO:

Analizar cada una de las hojas de datos de cada una de las compuertas lgicas. Analizar la configuracin de interruptores para obtener un 1 y 0 lgico de la figura 3. Analizar la configuracin de salida de la compuerta para leer 1 y 0 lgico. Comprobar la tabla de verdad de cada compuerta utilizando un software de simulacin. Comprobar los resultados obtenidos en la simulacin con la prctica. TAREA (Antes de simular e implementar cada una de las siguientes configuraciones verificar que sean correctas): Utilizando compuertas de dos entradas implementar compuertas de 4 entradas (AND, OR, NOR, NAND, XOR y XNOR).

Figura 3.- Simulacin de compuertas lgicas.PRACTICA 3

MATERIA: Electrnica Digital.

TEMA: Expresiones lgicas y su implementacin en circuito.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Implementacin de expresiones lgicas utilizando compuertas lgicas.

MATERIAL REQUERIDO:

Compuertas AND, OR, NOR, NOT, NAND, XOR y XNOR. 1 protoboard. 1 multimetro. Alambre para protoboard. Dip switch. Resistencias de 220 y 1k . Leds.

PROCEDIMIENTO:

Llena la tabla de verdad 1 con tus resultados obtenidos en la prctica.

Tabla 1.- Tabla de verdad indeterminada.EntradasSalidas

ABABA+B

00

01

10

11

0X

1X

X0

X1

XX

Implementa el circuito que corresponde a las expresiones lgicas de las ecuaciones 1 y 2. Obtn su tabla de verdad.

(1)

(2)

Verifica los datos obtenidos en la tabla de verdad utilizando simulacin. Verifica los datos obtenidos en la tabla de verdad utilizando dispositivos fsicos.

PRACTICA 4

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Algebra de Boole.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Resolver un problema digital real, comprobar la funcionalidad del algebra de Boole e implementar un circuito que resuelva el problema.

MATERIAL REQUERIDO:

Compuertas (segn su diseo). Protoboard. Multimetro. Alambre para protoboard. Dip switch. Resistencias de 220 y 1k . Leds.

PROCEDIMIENTO:

Buscar una problemtica a resolver utilizando lgica digital (4 entradas y 2 salidas). Obtener su tabla de verdad. Obtener sus maxitrminos y minitermos para decidir cual funcin es ms simple de reducir utilizando algebra de Boole. Obtener la funcin final (reducida al mximo). Obtener los circuitos de la funcin inicial y la reducida. Simular los dos circuitos implementados y comprobar que se obtengan los mismos resultados. Implementar el circuito reducido y comprobar su funcionamiento correcto.

PRACTICA 5


TEMA: Dispositivos Lgicos Programables.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Disear sistemas lgicos combinacionales utilizando Dispositivos Lgicos Programables.

MATERIAL REQUERIDO: GAL22V10. Protoboard. Multimetro. Alambre para protoboard. Dip switch. Resistencias de 220 y 1k . Leds.

PROCEDIMIENTO:

Familiarizarse con el Software de descripcin de Hardware Galaxy. Analizar la informacin de la hoja de datos de la GAL22V10. Implementar en la GAL las siete compuertas de dos entradas (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR). Implementar en la GAL las seis compuertas de cuatro entradas (AND, OR, NAND, NOR, XOR y XNOR). Implementar en la GAL las funciones booleanas de las ecuaciones 3 y 4.

(3)

(4)

Implementar la funcin booleana reducida de la practica 4.

Nota: Todas las implementaciones deben ir acompaadas del cdigo en VHDL y su simulacin en Galaxy.

PRACTICA 6

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Mapas de Karnaugh.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Implementar una secuencia de letras en un display utilizando mapas de karnaugh.

MATERIAL REQUERIDO:

Compuertas (segn su diseo). GAL22V10 Protoboard. Multimetro. Alambre para protoboard. Dip switch. Resistencias de 220 y 1k . Display de 7 segmentos (elegir nodo o ctodo comn).

PROCEDIMIENTO:

Elegir un display y comprobar su funcionamiento (simulacin): Encendiendo y apagando cada segmento. Haciendo que aparezcan cada una de las letras de la siguiente frase SOY MECATRONICO (Expresin diferente para cada alumno) como se muestra en la figura 4.

Figura 4.- Representaciones en el display.

Una vez que se comprendi el funcionamiento del display llena la tabla de verdad 2 con los datos correspondientes. Obtener las catorce funciones booleanas mnimas para cada una de las salidas obteniendo mapas de karnaugh. Obtener el circuito correspondiente a cada una de estas funciones. Simular las funciones obtenidas comprobando que aparezcan las letras para las cuales fue diseado. Implementar el circuito en protoboard. Puedes utilizar la GAL, pero minimo debe existir un 40% del diseo hecho en compuertas.

Tabla 2.- Tabla de verdad.EntradasSalidas

X1X2X3X4Letraabcdef

0000S

0001O

0010Y

0011M

0100E

0101C

0110A

0111T

1000R

1001O

1010N

1011I

1100C

1101O

1110El display permanece apagado.

1111El display permanece apagado.

PRACTICA 7


TEMA: Sumadores y Restadores con integracin MSI.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de sumadores y restadores as como realizar su diseo.

MATERIAL REQUERIDO: 2 sumadores 74LS83. 9 interruptores. 14 resistencias (9 de 10k y 5 de 220). 5 leds. 4 compuertas XOR.

PROCEDIMIENTO:

Analizar el funcionamiento del sumador - restador que se muestra en la figura 5 en base a las reglas mencionadas en clases. Realizar la simulacin del circuito que se ilustra en la figura 5 y comprobar su funcionamiento. Implementar el circuito de la figura 5. Implementar un sumador en la GAL22V10 utilizando el tipo de dato entero (Utiliza el nmero de bits mximo permitido por la GAL).

Figura 5.- Sumador Restador.

PRACTICA 8

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Decodificadores.


Nota: Las simulaciones se entregan en el reporte colocando mnimo tres casos de cada dispositivo.

OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos decodificadores.

MATERIAL REQUERIDO:

Decodificador BCD a 7 segmentos. Display de nodo comn. Display de ctodo comn. GAL22V10.

PROCEDIMIENTO:

Implementar (utilizando el simulador) los decodificadores que se muestran en la figura 6 y comprobar su funcionamiento.

Figura 6.- Decodificadores implementados con compuertas lgicas.

Implementar (utilizando el simulador) el decodificador que se muestra en la figura 7 y comprobar su funcionamiento.

Figura 7.- Decodificador de 2 entradas - 4 salidas con enable.

Utilizando el decodificador de la figura 7 simular: Un decodificador de 3 entradas - 8 salidas. Un decodificador de 4 entradas - 16 salidas.

Comprobar el funcionamiento del decodificador 74138 que se ilustra en la figura 8 utilizando el simulador.

Figura 8.- Decodificador 74138.

Comprobar el funcionamiento del decodificador 74154 que se ilustra en la figura 9 utilizando el simulador..

Figura 9.- Decodificador 74154.

Comprobar el funcionamiento del decodificador 7447 que se ilustra en la figura 10 utilizando el simulador.

Figura 10.- Decodificador BCD 7 segmentos.

Implementar en la GAL el decodificador 74138 utilizando los comandos WHEN. ELSE y el WITHSELECT.WHEN.

Con el decodificador en la GAL implementar una funcin lgica.

Comprobar el funcionamiento del decodificador de BCD a 7 segmentos utilizando el display correspondiente.

Implementar en la GAL la negacin del paso anterior.

PRACTICA 9

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Codificadores.


Nota: Las simulaciones se entregan en el reporte colocando mnimo tres casos de cada dispositivo.

OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos codificadores.

MATERIAL REQUERIDO:

Computadora con simulador. GAL22V10.

PROCEDIMIENTO:

Disear y simular: Codificador de decimal a binario con 4 lneas de entrada, todas activas en alto (el codificador no es de prioridad, por lo tanto, no interesa lo que se tenga a la salida para un valor no valido de entrada). Codificador de decimal a binario con 4 lneas de entrada, todas activas en alto (el codificador no es de prioridad, por lo tanto, cuando tenga un valor invalido a las entradas colocar ceros en las salidas).

Comprobar mediante simulacin el funcionamiento del codificador 74147 que se ilustra en la figura 11.

Figura 11.- Codificador 74147.

Comprobar mediante simulacin el funcionamiento del codificador 74148 que se ilustra en la figura 12.

Figura 12.- Codificador 74148.

Implementar en la GAL22V10 el codificador 74148.

PRACTICA 10

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Multiplexores.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de los diversos multiplexores y demultiplexores.

MATERIAL REQUERIDO:

Computadora con simulador. Material necesario para el ltimo paso. GAL22V10

PROCEDIMIENTO:

Comprobar el funcionamiento mediante simulacin de los multiplexores que se muestran en la figura 13.

Figura 13.- Multiplexores implementados con compuertas y decodificador.

Utilizando alguno de los multiplexores anteriores disea un multiplexor de 16 entradas.

Comprobar el funcionamiento del multiplexor 74151 ilustrado en la figura 14.

Figura 14.- Multiplexor 74151. Comprobar el funcionamiento del multiplexor 74150 ilustrado en la figura 15.

Figura 15.- Multiplexor 74150.





Simular un multiplexor de dos entradas con 8 bits cada una utilizando multiplexores 74157.

Simular un multiplexor de 4 entradas con 4 bits cada una utilizando multiplexores 74157.

Implementar en la GAL el multiplexor 74150.

Implementar en la GAL el multiplexor 74157.

Disear, simular e implementar en proto una funcin con aplicacin utilizando el multiplexor 74150.

Comprobar el funcionamiento mediante simulacin del demultiplexor que se muestran en la figura 18.

Figura 18.- Demultiplexores implementados con compuertas y decodificador.

Comprobar el funcionamiento del demultiplexor 74154 ilustrado en la figura 19.

Figura 19.- Demultiplexor 74154.

Describe el funcionamiento del circuito ilustrado en la figura 20 y simlalo.

Figura 20.- Multiplexor y demultiplexor.

Implementar un demultiplexor con 4 salidas.PRACTICA 11


TEMA: Circuitos temporizadores y Flip - Flops.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento del 555 en sus dos configuraciones y comprender el funcionamiento de los diferentes Flip - Flops.

MATERIAL REQUERIDO:

555. Resistencias y capacitores calculados. Protoboard. Computadora con software de simulacin.

PROCEDIMIENTO:

Analizar las principales caractersticas del 555 descritas en las hojas de datos. Comprobar el funcionamiento de la operacin monostable: Realizar clculos para T segundos (T es el numero de equipo). Simular la configuracin. Realizar la implementacin en protoboard.

Nota: Es importante realizar las simulaciones antes de implementar la configuracin deseada en el proto.

Comprobar el funcionamiento de la operacin astable: Realizar clculos para 3 configuraciones diferentes: Frecuencia visible. Frecuencia variable (utilizar un potencimetro). Frecuencia alta (en KHz). Simular todas las configuraciones. Realizar la implementacin en protoboard de todas las configuraciones.

Obtener los diagramas de tiempo de los siguientes Flip-Flops utilizando un software de simulacin (comprobar todos los posibles casos): SR. D. JK. T.PRACTICA 12

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Latchs y Flip - Flops.

Fecha de entrega: Fsico:__________________ Reporte:____________________

OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de los diferentes Latchs y Flip - Flops.

MATERIAL REQUERIDO:

GAL22V10. PROCEDIMIENTO:

Implementar en la GAL los siguientes Latchs: SR. D. JK. T.

Implementar en la GAL los siguientes Flip-Flops: SR. D. JK. T.

PRACTICA 13

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Registro de corrimiento.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Comprender el funcionamiento de los registros de corrimiento.

MATERIAL REQUERIDO:

GAL22V10. PROCEDIMIENTO:

Implementar en la GAL un registro de corrimiento con las siguientes opciones: Entrada paralelo. Salida serie y paralelo. Con reset.

PRACTICA 14

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Contadores.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Disear contadores sncronos y asncronos utilizando Flip-Flops JK.

MATERIAL REQUERIDO:

555 en configuracin astable con una frecuencia de 1Hz. 5 Flip-Flops JK. Compuertas segn sus diseos. PROCEDIMIENTO:

Disear, simular e implementar los siguientes contadores sncronos utilizando Flip-Flops JK: Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.

Disear, simular e implementar los siguientes contadores asncronos utilizando Flip-Flops JK: Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.

PRACTICA 15

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Contadores y reloj digital.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Disear contadores sncronos y asncronos utilizando Flip-Flops JK y Disear un reloj digital utilizando el contador 74192.

MATERIAL REQUERIDO:

555 en configuracin astable con una frecuencia de 1Hz. Flip-Flops JK. Contadores 74192. Compuertas segn sus diseos. PROCEDIMIENTO:

Disear un contador sncrono utilizando Flip-Flops JK que de la siguiente secuencia:15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1.

Disear un contador asncrono utilizando Flip-Flops JK que de la siguiente secuencia:30, 1, 8, 5, 0, 15, 24, 4, 31.

Disear un reloj digital que marque los segundos y minutos (hasta la implementacin).

Disear un reloj digital que de los segundos, minutos y horas del da (hasta la simulacin).

PRACTICA 16

MATERIA: Electrnica Digital. TEMA: Uso del FPGA.


OBJETIVO DE LA PRCTICA: Disear sistemas secuenciales y combinacionales utilizando cdigo VHDL para implementar en la GAL y FPGA.

MATERIAL REQUERIDO:

555 en configuracin astable con una frecuencia de 1Hz. GAL. FPGA. Compuertas segn sus diseos. PROCEDIMIENTO:

Disear, simular e implementar los siguientes contadores utilizando la GAL: Contador ascendente de 0-31. Contador descendente de 31-0.

Disear, simular e implementar los siguientes contadores utilizando la GAL: 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1. 30, 1, 8, 5, 0, 15, 24, 4, 31.

Disear, simular e implementar un sistema combinacional en el FPGA.

Disear, simular e implementar un sistema secuencial en el FPGA.

25M.C. Juan Jos Martnez Nolasco

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