INFORME DE LABORATORIO #04

BÁSCULAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELECTRÓNICA AVANZADA - LABORATORIO

BOGOTÁ

2005

INTRODUCCIÓN

Este informe invita al lector a conocer de una manera concisa el manejo de las compuertas lógicas como una poderosa herramienta, en el uso electrónico.

Brevemente conoceremos que pasos seguimos estrictamente en la práctica desde que se entró en la sala del laboratorio, hasta el momento en el que se finalizo la práctica.

De una manera secuencial veremos paso a paso como manipulamos los artefactos, con ayuda de ilustraciones. Así se podrá entender de una manera concisa, al tener una ilustración de cada cosa que acontece para tratar de remediar la ausencia de masa al detallar por medio de la descripción en la redacción de este trabajo.

Por ultimo queda nuestra expectativa hacia el lector de que al mediante la lectura, reciba con agrado lo que hemos plasmado en este informe de laboratorio; como la comprensión sea oportuna en cada línea que cuidadosamente hemos redactado.

OBJETIVOS

Convertir una expresión lógica en una suma de productos.

Llevar a cabo los pasos necesarios para deducir una expresión en forma de suma de productos, con el fin de diseñar un circuito lógico combinatorio en su forma de suma más simple.

Explicar la operación la operación de los circuitos OR y NOR exclusivos.

Escribir la expresión booleana para las compuertas lógicas y las combinaciones de compuertas lógicas.

Analizar los resultados experimentales.

Formar una capacidad de análisis critica, para interpretar de una manera optima los resultados obtenidos, de una forma lógica como analítica.

MARCO TEÓRICO

BIESTABLES

Los biestables basculas o flip-flops, son circuitos secuenciales constituidos por puertas lógicas capaces de almacenar un BIT, que es la información binaria más elemental.

AI igual que los circuitos secuenciales en general, los biestables también se pueden clasificar en síncronos y asíncronos, como se muestra en la siguiente figura:

BASCULAS ASINCRONAS

Son aquellas basculas que carecen de impulso de reloj y, por lo tanto, la salida basculara en la medida en que cambien las entradas.

LA BASCULA RS (ASINCRONA)

Es una de las básculas asíncronas. Como ejemplo, vamos a realizar una RS con operadores lógicos.

En la figura anterior, se muestran dos implementaciones de dicha báscula, una a base de puertas NAND, y la otra a base de puertas NOR.

La denominación "RS" proviene de "Reset-Set", de forma que la entrada "s" sirve para poner a "1" la salida, y la "R" para ponerla a "0".

LA BASCULA "T” (ASINCRONA)

Este es otro tipo de bascula que solo tiene una entrada. La forma de operar vamos... a verla en el siguiente "timing", o diagrama de tiempos (representación grafica de las entradas y salidas en función del tiempo).

Comparando los diagramas, vemos que la señal es de frecuencia mitad que la de entrada.

Este tipo de bascula la emplearemos, colocando en cascada una serie de ellas, en los circuitos divisores de frecuencia (cada biestable dividirá la frecuencia por 2).

Se puede obtener a partir de la bascula “T” sincronía (como veremos al ver esta). Por otra parte, su funcionamiento es muy similar al de la bascula binaria (sincronía).

BASCULAS SÍNCRONAS

Dentro de los sistemas síncronos tenemos dos tipos:

Sincronías sencillas, o por nivel

En ellas, las entradas solo tienen actuación sobre la bascula (se validan) cuando el nivel lógico en la entrada de reloj esta alto o bajo (según el sistema). Esta característica obliga a que las salidas solo puedan variar cuando la entrada de reloj este a nivel de paso (de atlivacion).

SLNCRONIZADAS (EDGE-TRIGGERED), O POR FLANCO

En las basculas que adoptan este sistema de sincronismo, la información presente en las entradas solo se tiene en cuenta cuando la señal de reloj cambia de nivel, es decir, durante el tiempo de subida o de bajada, dependiendo del caso.

Todos los tipos de básculas que vamos a exponer pueden adoptar ambos tipos de sincronización, y esto lo reflejamos en la simbología utilizada ASCII:

Sincronías sencillas Sincronizadas sencillas (Edge-Triggered)

La entrada CP ("Clock Pulse"), es la correspondiente a los pulsos del reloj.

BASCULA "RS" (SINCRONA)

Esta bascula tiene el siguiente diagrama de tiempos (la vamos a realizar con activación por nivel "1" de CP).

La denominación "D" viene de "Datos" (sirve para realizar una transferencia de datos cuando la señal de control indique, que es la función del "cerrojo"),

La tabla de la verdad:

Y la ecuación resultante es:

__

Q t+D t= D•CP+CP•Q t

BASCULA "T" (SINCRONA)

Es una bascula bastante empleada, y posee una arquitectura bastante similar a la del flip-flop tipo "D", Se mantiene o niega el valor de Ia salida en función del valor de Ia entrada.”T” (si es un "0" lo mantiene, y si es un "1" lo niega), La tabla de la verdad de un biestable “T" activado por flanco de subida, es la siguiente'

EI símbolo "indica que solo se utilizara el valor de la salida al llegar un flanco de subida al reloj, manteniéndose el valor anterior hasta ese momento,

Para obtener la bascula "T” asíncrona a partir de esta bascula con poner a "1" la entrada "T” (cada vez que hay un flanco de subida se invierte Ia salida con lo que se obtiene una salida de frecuencia mitad que la de la entrada de reloj),

BASCULA "JK"

También denominada "Master-Slave", es quizás la más difundida, en sus distintas versiones de activación (por nivel y por flanco), Esta difusión es la justificada por su versatilidad, ya que Impartir de una "JK" se pueden obtener los otros tipos de básculas. Veamos las tablas de verdad de una "JK" activada por nivel "0" y de una "JK" activada por flanco descendente:

­

Y la ecuación resultante para ambos casos es:

_ _

• Q t+Dt = J•Q t+ K•Q t

Obtención de las básculas "D" y "T" a partir de la "JK"

Para obtener estas básculas a partir de la "JK", basta con realizar las siguientes operaciones:

_

a) Para obtener la "D", basta con hacer K = j, y meter los dalos correspondientes a la entrada "D" por la "J" Para comprobar esto, basta con mirar las tablas de la verdad de ambos flip-flops, Vemos que para los dos casos en que K =J, al validarse las entradas, la salida pasa a tomar el valor que tenia la J (como en un flip-flop tipo D)

b). Para obtener la "T". Solo hay que hacer J=K, y poner en cualquiera de esas dos entradas los datos correspondientes a la entrada “T”. ASCII, si J=K="0", no se invierte la salida al validar las entradas, y si J=K=1, se invertirá la salida (como en un flip-flop tipo T).

BASCULA BINARIA

Es una báscula con un mando único, de tal forma, que la salida evoluciona cambiando de estado, dependiendo del tipo de activación. ASCII tenemos, a nivel "1", a nivel "0", a flanco ascendente, a flanco descendente.

Este flip-flop tiene un funcionamiento similar al del biestable "T" asíncrono (divide por dos la frecuencia del reloj)

Como ejemplo, vamos a ver la simbología y comportamiento de una bascula binario por flanco descendedle.

La "bascula binaria" se puede construir a base de basculas "D", y "JK". Veamos unos ejemplos.

-Si queremos obtener una bascula binaria activada por flanco de bajada, lo podemos hacer a partir de una bascula "D" también por flanco descendente. Así, cada vez que llegue un flanco de bajada, pasa a la salida el valor de la entrada (que es el de la salida anterior, pero negado). Por lo tanto, se obtiene una salida con una frecuencia la mitad de la del reloj del sistema.

-Para hacer lo mismo a partir de una bascula "JK" de frente descendente:

En la figura se recogen dos posibilidades: la de la izquierda, consiste en emplear el fip-flop JK como uno de tipo T (J=K), Y poniendo en ambas entradas 1, con lo que cada vez que llegue un flanco descendente de reloj se producirá una inversión de la salida; en el caso de la izquierda, se emplea el flip-flop JK como uno tipo D (K = 1), siendo el montaje idéntico al explicado para dicho flip-flop

MATERIALES

2 Transistores 2N 2222.

2 Resistencias de 1.5K!.

2 Resistencias de 47 K!.

Multímertro

Cable RF

Sondas

Cables de Poder

PROCEDIMIENTO

Para la práctica a realizar construimos el montaje ilustrado en la figura de la izquierda con el fin de simular el funcionamiento de electrónica básica de las compuertas o la báscula sincronizado por clock D.

Para esta obtuvimos en el osciloscopio la gráfica de la imagen ilustrada a continuación, de cómo encienden los LEDS

En la que se ilustra como en cada salida de compuerta la grafica, se muestra que la salida del segundo pulso se divide a la mitad.

La segunda parte de la práctica apreciamos el funcionamiento del display de 7 segmentos como su polarización.

CONCLUSIONES

La bascula RS (asíncrona)

Es una de las básculas asíncronas.

La bascula "T” (asíncrona)

Este es otro tipo de bascula que solo tiene una entrada. A verla en el siguiente "timing", o diagrama de tiempos (representación grafica de las entradas y salidas en función del tiempo).

Comparando los diagramas, vemos que la señal es de frecuencia mitad que la de entrada.

Basculas sincronías

Dentro de los sistemas sincronos tenemos dos tipos:

Sincronías sencillas, o por nivel

En ellas, las entradas solo tienen actuación sobre la bascula (se validan) cuando el nivel lógico en la entrada de reloj esta alto o bajo (según el sistema). Esta característica obliga a que las salidas solo puedan variar cuando la entrada de reloj este a nivel de paso (de atlivacion).

Bascula "RS" (sincronía)

Esta bascula tiene el siguiente diagrama de tiempos (la vamos a realizar con activación por nivel "1" de cp).

Solo hay que hacer j=k, y poner en cualquiera de esas dos entradas los datos correspondientes a la entrada “t”. ASCII, si j=k="0", no se invierte la salida al validar las entradas, y si j=k=1, se invertirá la salida (como en un flip-flop tipo t).

Bascula binaria

Es una báscula con un mando único, de tal forma, que la salida evoluciona cambiando de estado, dependiendo del tipo de activación. ASCII tenemos, a nivel "1", a nivel "0", a flanco ascendente, a flanco descendente.

Este flip-flop tiene un funcionamiento similar al del biestable "t" asíncrono (divide por dos la frecuencia del reloj) Como ejemplo, vamos a ver la simbología y comportamiento de una bascula binario por flanco descendedle.

La "bascula binaria" se puede construir a base de basculas "D", y "JK".

-si queremos obtener una bascula binaria activada por flanco de bajada, lo podemos hacer a partir de una bascula "d" también por flanco descendente. Así, cada vez que llegue un flanco de bajada, pasa a la salida el valor de la entrada (que es el de la salida anterior, pero negado).