Páginas:
280
Edición:
1
Fecha de publicación:
26/07/2017
ISBN:
9788426725479
Formato:
17x24 cms

Circuitos lógicos digitales

21,90 20,81
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Este libro contiene una serie de casos de estudio sobre diseño lógico digital que se exponen paso a paso en capítulos individuales elaborados a modo de sesiones prácticas. Se recurre al versátil programa PSpice como herramienta para analizar a fondo y poner a prueba en un entorno de simulación los diferentes circuitos lógicos bajo estudio. Todos los capítulos vienen acompañados de una sección final, destinada a la verificación en el laboratorio docente del correcto funcionamiento de los diseños propuestos mediante montajes experimentales realizados sobre placas de prototipos.

El material se ha agrupado en tres partes. En la primera de ellas, dedicada a presentar las características más relevantes de las populares familias lógicas TTL y CMOS, se persigue una primera toma de contacto con dispositivos digitales integrados a través de montajes experimentales sencillos, orientados a la caracterización de puertas lógicas pertenecientes a ambas tecnologías.

La segunda parte, que incide en cuestiones de diseño digital, está restringida al ámbito de la lógica combinacional y comprende cuatro capítulos. Dos de ellos hacen uso de diferentes tipos de puertas lógicas en las correspondientes realizaciones físicas de los circuitos propuestos; y los dos capítulos restantes, más avanzados, introducen la lógica combinacional modular mediante sendos diseños basados en un multiplexor, por un lado, y en un módulo sumador, por otro.

En la tercera parte, la más extensa, se amplía el abanico de dispositivos bajo estudio. Se ha escogido una selección de circuitos y sistemas digitales propios de la lógica secuencial y se ha introducido, en algunos de los diseños planteados, nueva lógica combinacional, como es el caso de diferentes tipos de decodificadores. Si bien la mayoría de los circuitos secuenciales propuestos son de naturaleza síncrona, entre los que se encuentran diseños basados en contadores, registros de desplazamiento y máquinas de estados finitos, se ha optado por reservar un espacio dedicado a destacar las peculiaridades de los circuitos secuenciales asíncronos, ilustrándolas mediante el diseño y posterior análisis y verificación experimental del funcionamiento de un divisor de frecuencia.

Parte 1 Familias lógicas ……………………………………………………………. 1

1 Puertas lógicas TTL …………………………………………………………….3
1.1 Introducción …………………………………………………………………………………… 3
1.2 Estructura de una puerta TTL NAND de dos entradas………………………………. 4
1.3 Cargabilidad de salida de una puerta TTL ………………………………………………. 6
1.3.1 Análisis mediante PSpice …………………………………………………………………… 9
1.4 Características de transferencia …………………………………………………………….. 11
1.4.1 Puerta TTL estándar …………………………………………………………………………… 11
1.4.2 Puerta inversora (CI 74 x 04) ……………………………………………………………….. 15
1.4.3 Puerta NAND (CIx00) …………………………………………………………………………… 16
1.5 Entradas flotantes en puertas TTL …………………………………………………………… 17
1.5.1 ¿Qué hacer con las entradas no utilizadas ? ……………………………………………. 18
1.6 Caracterización temporal ……………………………………………………………………….. 19
1.6.1 Parámetros característicos …………………………………………………………………… 19
1.6.2 Oscilador en anillo ………………………………………………………………………………. 23
1.7 Componentes ………………………………………………………………………………………….. 24
1.8 Verificación experimental ……………………………………………………………………….. 24
1.8.1 Obtención de las tablas de verdad ………………………………………………………….. 24
1.8.1.1 Función lógica NOT (inversión)……………………………………………………………. 24
1.8.1.2 Función lógica NAND ……………………………………………………………………….. 25
1.8.1.3 Función lógica NOR …………………………………………………………………………. 26
1.8.2 Cargabilidad de salida ………………………………………………………………………… 26
1.8.3 Características de transferencia de un inversor ……………………………………… 28
1.8.3.1 Características de transferencia vs(ve) ………………………………………………. 28
1.8.3.2 Características de transferencia ie(ve) ……………………………………………….. 29
1.8.4 Entradas flotantes en una puerta NAND (CI 74LS00)…………………………… 29
1.8.5 Caracterización temporal: oscilador en anillo ……………………………………….. 30

2 Puertas lógicas CMOS …………………………………………………………………………….. 33
2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 33
2.2 Estructura de una puerta CMOS NAND de dos entradas…………………………. 34
2.3 Cargabilidad de salida de una puerta CMOS NAND ………………………………… 35
2.3.1 Análisis mediante PSpice …………………………………………………………………… 37
2.3.1.1 Caso de estudio 1 …………………………………………………………………………….. 39
2.3.1.2 Caso de estudio 2 ……………………………………………………………………………. 40
2.3.1.3 Caso de estudio 3……………………………………………………………………………… 42
2.3.1.4 Cargabilidad del CI 4011B …………………………………………………………………. 44
2.4 Características de transferencia ………………………………………………………………. 45
2.5 Entradas flotantes en puertas CMOS ………………………………………………………… 49
2.6 Componentes …………………………………………………………………………………………. 50
2.7 Verificación experimental …………………………………………………………………………. 51
2.7.1 Cargabilidad de salida …………………………………………………………………………… 51
2.7.2 Características de transferencia de un inversor CMOS ………………………………. 52
2.7.2.1 Características de transferencia vs(ve)………………………………………………….. 52
2.7.2.2 Características de transferencia is(ve)………………………………………………….. 53
2.7.3 Entradas flotantes en una puerta NAND (CI 4011B)…………………………………….53

Parte 2 Lógica combinacional  

3 Circuitos multinivel con puertas lógicas …………………………………………………………… 57
3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………….. 57
3.2 Síntesis en forma de suma de productos (AND-OR)………………………………………… 58
3.3 Síntesis en forma de producto de sumas (OR-AND)…………………………………………. 60
3.4 Síntesis de dos niveles NAND -NAND ……………………………………………………………… 62
3.5 Síntesis de dos niveles NOR-NOR……………………………………………………………………… 63
3.6 Síntesis multinivel con puertas NAND de dos entradas ………………………………………. 64
3.7 Simulación ………………………………………………………………………………………………………. 66
3.8 Componentes …………………………………………………………………………………………………. 68
3.9 Verificación experimental …………………………………………………………………………………. 68
3.9.1 Obtención de la tabla  de verdad ……………………………………………………………………… 68

4 Circuito de paridad y conversores  de código …………………………………………………………… 71
4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………….. 71
4.2 Circuito generador de paridad …………………………………………………………………………… 72
4.3 Circuitos conversores de código ………………………………………………………………………… 74
4.4 Simulación ………………………………………………………………………………………………………. 76
4.4.1 Circuito generador de paridad ………………………………………………………………………… 76
4.4.2 Conversores de código …………………………………………………………………………………. 77
4.5 Componentes …………………………………………………………………………………………………. 78
4.6 Verificación experimental …………………………………………………………………………………. 79
4.6.1  Generador de paridad …………………………………………………………………………………….. 79
4.6.2 Conversores de código ……………………………………………………………………………………. 79

5 Diseño lógico con el multiplexor 74×151 ……………………………………………………….. 81
5.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………… 81
5.2 Diseño de un detector BCD de números primos …………………………………………………….. 84
5.3 Simulación …………………………………………………………………………………………………………. 86
5.4 Componentes …………………………………………………………………………………………………….. 87
5.5 Verificación experimental ……………………………………………………………………………………. 88

6 Unidad aritmética de cuadro bits en C2 …………………………………………………………………… 89
6.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………. 89
6.2 Diseñó de una unidad aritmética de cuatro bits en C2 ……………………………………………… 89
6.2.1 El sumador 74×283 ……………………………………………………………………………………………. 90
6.2.2 La puerta XOR como solución para implementar la resta ………………………………………. 91
6.2.3 El detector de desbordamiento …………………………………………………………………………… 93
6.2.4 Unidad aritmética completa ………………………………………………………………………………. 94
6.3 Simulación ………………………………………………………………………………………………………….. 95
6.3.1  Módulo sumador ……………………………………………………………………………………………… 95
6.3.2 Módulo sumador /restador ………………………………………………………………………………… 97
6.3.3 Unidad aritmética con detector de desbordamiento ……………………………………………… 98
6.4 Componentes ………………………………………………………………………………………………………. 100
6.5 Verificación experimental ……………………………………………………………………………………… 100
6.5.1 Módulo sumador ………………………………………………………………………………………………… 101
6.5.2 Módulo sumador/restador ……………………………………………………………………………………. 101
6.5.3 Unidad aritmética con detector de desbordamiento ………………………………………………. 101

Parte 3 Lógica secuencial ……………………………………………………………………………………………… 103

7 Generacion de señal de reloj con el 555 ………………………………………………………………………… 107
7.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………. 107
7.2 Diseño de un multivibrador astable con el  555 ……………………………………………………………. 108
7.3 Simulación ……………………………………………………………………………………………………………….. 111
7.4 Componentes ……………………………………………………………………………………………………………… 112
7.5 Verificación experimental …………………………………………………………………………………………… 113

8 Contador módulo 4 ascendente/descendente …………………………………………………………………… 115
8.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………. 115
8.2 Diseño de un contador módulo 4 con 74×73…………………………………………………………………… 116
8.3  Simulación …………………………………………………………………………………………………………………. 120
8.4 Componentes ………………………………………………………………………………………………………………. 121
8.5 Verificación experimental ………………………………………………………………………………………………. 121

9 Contador módulo 8 con el 74×90 ………………………………………………………………………………………. 123
9.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………….. 123
9.2 Diseño de un contador módulo 8 con el 74×90 ………………………………………………………………….. 126
9.3 Simulación ……………………………………………………………………………………………………………………… 130
9.4 Componentes …………………………………………………………………………………………………………………… 132
9.5 Verificación experimental …………………………………………………………………………………………………. 132

10 Contadores síncronos con el 74×163 ……………………………………………………………………………………. 135
10.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………. 135
10.2 Diseño de contadores con el 74×163 …………………………………………………………………………………… 137
10.2.1 Contador en modo de carrera libre (módulo 16)………………………………………………………………….. 137
10.2.2 Contador módulo 13 con la secuencia 0,1,…, 12 …………………………………………………………………  137
10.2.3 Contador módulo 12 con la secuencia 3,4,…,14………………………………………………………………….. 138
10.2.4 Contador módulo 146 con la secuencia 0,1,…,145………………………………………………………………….. 139
10.3 Decodificación de estados …………………………………………………………………………………………………….. 139
10.4 Simulación …………………………………………………………………………………………………………………………..141
10.4.1 Contador en modo de carrera libre (módulo 16)……………………………………………………………………… 141
10.4.2 Contador módulo 13 con la secuencia 0,1,…,12 ……………………………………………………………………….. 141
10.4.3 Contador módulo 12 con la secuencia 3,4,…,14 ……………………………………………………………………….142
10.4.4 Contador módulo 146 con la secuencia 0,1,…145……………………………………………………………………143
10.4.5 Decodificación de estados con el 74×42………………………………………………………………………………… 145
10.5 Componentes ………………………………………………………………………………………………………………………..145
10.6 Verificación experimental ………………………………………………………………………………………………………. 148

11 Registro de desplazamiento con el 74×74 ……………………………………………………………………… 149
11.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………. 149
11.2 Diseño de un registro de desplazamiento de cuatro bits ………………………………………………………….. 151
11.3 Simulación …………………………………………………………………………………………………………………………… 151
11.3.1 Entrada serie y salida paralelo ……………………………………………………………………………………………. 151
11.3.2 Entrada paralelo y salida paralelo ……………………………………………………………………………………. 152
11.4 Componentes ……………………………………………………………………………………………………………………… 153
11.5 Verificación experimental ……………………………………………………………………………………………………. 154

12 Diseños con el registro de desplazamiento  74×194 ……………………………………………………….. 157
12.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………… 157
12.2 Diseños que emplean el 74×194 ………………………………………………………………………………………….. 160
12.2.1 Carga e inhibición ……………………………………………………………………………………………………………. 160
12.2.2 El contador en anillo …………………………………………………………………………………………………….. 161
12.2.3 El contador Johnson ……………………………………………………………………………………………………….. 162
12.2.4 Comunicación serie ……………………………………………………………………………………………………………. 163
12.3 Simulación …………………………………………………………………………………………………………………………. 164
12.3.1 Carga e inhibición ………………………………………………………………………………………………………………. 164
12.3.2 Contador en anillo ………………………………………………………………………………………………………….. 165
12.3.2.1 Comunicación serie ………………………………………………………………………………………………………… 166
12.3.3 Contador Johnson …………………………………………………………………………………………………………….. 166
12.3.3.1 Comunicación serie ……………………………………………………………………………………………………………. 167
12.4 Componentes …………………………………………………………………………………………………………………….. 168
12.5 Verificación  experimental ……………………………………………………………………………………………………. 169
12.5.1 Carga e inhibición …………………………………………………………………………………………………………….. 169
12.5.2 Contador en anillo y comunicación serie …………………………………………………………………………… 169
12.5.3 Contador Johnson y comunicación serie ……………………………………………………………………………… 170

13 Máquinas de estados de Mealy y de Moore …………………………………………………………………………….171
13.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………….. 171
13.2 Diseño según los modelos de Mealy y de Moore ……………………………………………………………………. 174
13.2.1 Especificaciones ………………………………………………………………………………………………………………. 174
13.2.2 Diseño según el modelo de Mealy ……………………………………………………………………………………. 174
13.2.3 Diseño según el modelo de Moore …………………………………………………………………………………… 176
13.3 Simulación …………………………………………………………………………………………………………………………. 179
13.3.1 Máquina de estados de Mealy …………………………………………………………………………………………… 179
13.3.2 Máquina de estados de Moore …………………………………………………………………………………………… 181
13.4 Componentes ………………………………………………………………………………………………………………………. 183
13.5 Verificación experimental …………………………………………………………………………………………………….. 183

14 Biestables asíncronos ………………………………………………………………………………………………………………….. 185
14.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………….. 185
14.2 Tres tipos de biestables asíncronos ………………………………………………………………………………………… 186
14.2.1 Biestable asíncrono sin entradas ……………………………………………………………………………………………… 186
14.2.2 Biestable asíncrono S-R ……………………………………………………………………………………………………….. 186
14.2.3 Biestable asíncrono S’-R’ …………………………………………………………………………………………………………….. 191
14.4 Componentes ……………………………………………………………………………………………………………………… 192
14.5 Verificación experimental …………………………………………………………………………………………………………. 193
14.5.1 Biestable asíncrono sin entradas ……………………………………………………………………………………………….. 193
14.5.2 Biestable asíncrono S-R ……………………………………………………………………………………………………………….. 193
14.5.3 Biestable asíncrono S’-R’ ………………………………………………………………………………………………………….. 194

15 Divisor de frecuencia asíncrono ……………………………………………………………………………………………………….. 197
15.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………… 197
15.2 Diseño de un divisor de frecuencia por dos asíncrono……………………………………………………………………. 198
15.2.1 Especificaciones ………………………………………………………………………………………………………………………… 198
15.2.2 Diseño según el modelo de Moore ……………………………………………………………………………………………… 198
15.3 Simulación ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 206
15.3.1 Diseño con biestables asíncronos S-R …………………………………………………………………………………………… 206
15.3.2 Diseño basado en realimentación directa (caso 1) ………………………………………………………………………… 207
15.3.3 Diseño basado en realimentación directa (caso 2) ………………………………………………………………………… 208
15.4  Componentes …………………………………………………………………………………………………………………………….. 209
15.5 Verificación experimental ……………………………………………………………………………………………………………. 210
15.5.1 Diseño con biestables asíncronos S-R …………………………………………………………………………………………. 210
15.5.2 Diseño basado en realimentación directa (caso 1) ………………………………………………………………………… 210
15.5.3 Diseño basado en realimentación directa (caso 2 ) ……………………………………………………………………….. 210

Apéndices ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 213

A   El laboratorio docente …………………………………………………………………………………………………………………. 215
A.1 Introducción ……………………………………………………………………………………………………………………………. 215
A.2 La placa de prototipos ………………………………………………………………………………………………………………. 215
A.3 La fuente de alimentación …………………………………………………………………………………………………….. 217
A.3.1 Prestaciones y manejo ……………………………………………………………………………………………………………… 218
A.3.2 Cableado de la fuente con una carga genérica ……………………………………………………………………………. 219
A.3.3 Alimentación sobre la placa de prototipos ……………………………………………………………………………….220
A.3.4 Desacoplo de la fuente de alimentación ………………………………………………………………………………….. 221
A.4 El  polímetro …………………………………………………………………………………………………………………………. 223
A.5 El osciloscopio ……………………………………………………………………………………………………………………….. 224
A.5.1 El osciloscopio HM303-6 de HAMEG Instruments …………………………………………………………………. 224
A.5.2 Sondas de medida para osciloscopio ……………………………………………………………………………………… 228
A.6 Notas sobre los montajes experimentales …………………………………………………………………………………229

B Riesgos eléctricos ………………………………………………………………………………………………………………………. 231
B.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………… 231
B.2 La conexión a tierra ………………………………………………………………………………………………………………… 231
B.3 Severidad de una electrocución ……………………………………………………………………………………………….. 237

C Circuitos integrados e identificación de pines ………………………………………………………………………….. 239
C.1 Numeración de pines en un CI ………………………………………………………………………………………………….. 239
C.2 Puertas lógicas ………………………………………………………………………………………………………………………… 240
C.3 Otros dispositivos ……………………………………………………………………………………………………………………. 241

D  Valores estándar de resistencias y condensadores …………………………………………………………………………. 245
D.1 Código de colores para resistencias ……………………………………………………………………………………………. 245
D.2 Valores estándar de resistencias …………………………………………………………………………………………………….. 246
D. 3 Valores estándar de condensadores ………………………………………………………………………………………………. 247

E Notas de simulación ……………………………………………………………………………………………………………………. 249
E.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………………………………..249
E.2 El editor de modelos de PSpice ………………………………………………………………………………………………………… 249
E.3 Añadir un bus a un circuito ………………………………………………………………………………………………………………. 251
E.4 Conectar un estímulo a un bus …………………………………………………………………………………………………………….. 251
E.5 Inicialización  de biestables …………………………………………………………………………………………………………………. 254

F Bibliografía ………………………………………………………………………………………………………………………………………..257
F.1 Libros y manuales ………………………………………………………………………………………………………………………… 257
F.2 Hojas de características técnicas …………………………………………………………………………………………………….. 259
F.3 Enlaces web de interés ……………………………………………………………………………………………………………………. 260

 

 

A color
Páginas:
280
Edición:
1
Año Publicación:
26/07/2017
ISBN:
9788426725479
Formato:
17x24 cms
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