CIRCUITOS DIGITALES
CIRCUITOS DIGITALES
LABORATORIO DE FISICA
INVESTIGACION DE OPERACIONES
DISEÑADOR DE PROYECTOS
CIRCUITOS DIGITALES
Un Momento de Ciencia con........
A MI HIJA......
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SISTEMAS DE INFORMACION IV
MI REPERTORIO
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OBJETIVO

El alumno aprenderá a relacionarse con los circuitos digitales; además, aprenderá a implementar funciones booleanas haciendo uso de compuertas lógicas.

Material utilizado: Protoboard, led, cable, eliminador de corriente, pinsas de punta,

Apoyo didáctico
LED: Light Emitting Diode, diodo emisor de luz. Un dispositivo luminoso de pequeño tamaño utilizado en electrónica.
Protoboard: esta tableta se encuentra dividida en 4 secciones
Cada una de las cuatro secciones y los puntos de conexión de la tableta experimental se encuentran separados por un material aislante

El Protoboard, o tableta experimental, es una herramienta que nos permite interconecar elementos electronicos, ya sean resistencias, capacidades, semiconductores, etc, sin la necesidad de soldar las componentes.
El protoboard esta lleno de orificios metalizados -con contactos de presion- en los cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. La siguiente figura muestra la forma basica de un protoboard, estando los protoboards mas grandes compuestas de varias de estos.
La tableta experimental esta dividida en cuatro secciones, y cada una de estas se encuentran separadas por un material aislante. Los puntos de cada seccion estan conectados entre si tal como lo muestra la figura:
Las secciones uno y cuatro estan formadas por dos lineas o nodos. Estas son normalmente utilizados para conectar la alimentacion del circuito, y asi energizarlo. Por otro lado en las secciones dos y tres se encuentran conectados cinco orificios verticalmente, formando pequeños nodos independientes unos de otros. Recuerde que la figura muestra como estan conectados internamente los orificios, por lo que no es necesario rehacer estas conexiones.



Forma de Utilizar un Protoboard, y consejos la ensamblar

1. - Un buen consejo es hacer conexion de las mitades de las secciones uno y cuatro, tal como lo nuestra la figura
asi, se mantendra una configuracion clara y entendible.
2. - La conexion entre nodos se hace mediante alambres, los cuales deben de ser lo mas corto posible, a fin de evitar problemas de ruido en el circuito. En lo posible deben de estar aislados, para evitar cortocircuitos por contactos con otros cables
3. - Al montar las componentes fijese muy bien en las polaridades, por ejemplo de condensadores, y valores de pines de los integrados, asi como rangos de operacion. Trate de ser ordenado en el armado, doblando correctamente pines y conectores, tal como lo muestra la figura.
Si el circuito no funciona correctamente revise las alimentaciones y que los cables de interconexion de nodos no esten sueltos o haciendo mal contacto. Existe alta probabilidad de que esto ocurra. Si Ud considera que el circuito esta bien ensamblado, y aun asi hay problemas, mueva el circuito dentro del proto -de lugar- o utilize otro protoboard. Recuerde que todas las herramientas tienen una vida util
5. - El protoborad tiene bastantes problemas de ruido por lo que no se recomienda para alta frecuencia
6. - Finalmente recuerde que esta herramienta es para ensamblado temporal. Si Ud desea mantaner el circuito llevelo a placa -PCB-, replicandolo, tratando en lo posible de usar otras componentes, a fin de poder identificar posibles problemas en la placa





COMPUERTAS LÓGICAS
Un computador digital, como su nombre lo indica, es un sistema digital que realiza diversas operaciones de cómputo. La palabra Digital implica que la información que se representa en el computador por medio de variables que toman un número limitado de valoresViscretos o cuantizados. Estos valores son procesados íntemamente por componentes que pueden mantener un número limitado de estados discretos. Los dígitos decimales por ejemplo, proporcionan 10 valores discretos ( 0 .. 9 ). Como sabemos en la práctica, los computadores funcionan más confiablemente si sólo utilizan dos estados equiprobables. Debido al hecho que los componentes electrónicos atienden a dos estados ( encendido / apagado ) y que la lógica humana tiende a ser binaria ( esto es, cierto o falsa, si o no ) se utiliza el sistema binario y se dice que son binarias.
Los computadores digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. ' La infonnación está representada en los computadores digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.
La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan un a variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 [volts 1 para representar el binario "I" y 0.5 [volts 1 para el binario "0". La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.

Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviación aceptable del valor nominal. La región íntermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la transición de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan señales binarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con señales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas.
La lógica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido lógico. Es utilizada para escribir, en forma algebraica o tabular. La manipulación y. procesamiento de información binaria. La manipulación de información binaria se hace por circuitos lógico que se denominan Compuertas.
Las compuertas son bloques del hardware que producen señales del binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran comúnmente en sistemas de computadores digitales. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad.
A continuación se detallan los nombres, símbolos, gráficos, funciones algebraicas, y tablas de verdad de ocho compuertas.

Compuerta AND:
Cada compuerta tiene una o dos variables de entrada designadas por A y B y una salida binaria designada por x. La compuerta AND produce la unión lógica AND: esto es: la salida es 1 si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0. Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad para la compuerta AND. La tabla muestra que la salida x es 1 solamente cuando ambas entradas A y B están en 1 . El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo que el símbolo de la multiplicación de la aritmética ordinaria (*). Podemos utilizar o un punto entre las variables o concatenar las variables sin ningún símbolo de operación entre ellas. Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si cualquier entrada es 1.

Compuerta OR:
La compuerta OR produce la función OR inclusiva, esto es, la salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0. El símbolo algebraico de la función OR (+), similar a la operación de aritmética de suma. Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1.

Compuerta NOT (Inversor):
El circuito inversor invierte el sentido lógico de una señal binaria. Produce el NOT,. o función complemento. El símbolo algebraico utilizado para el complemento es una barra sobra el símbolo de la variable binaria. Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOT cambia su estado al valor 1 y viceversa. El círculo pequeño en la salida de un símbolo gráfico de un inversor designa un complemento lógico. Es decir cambia los valores binarios 1 a 0 y viceversa.

Compuerta Separador:
Un símbolo triángulo por sí mismo designa un circuito separador no produce ninguna función lógica particular puesto que el valor binario de la salida es el mismo de la entrada. Este circuito se utiliza simplemente para amplificación de la señal. Por ejemplo, un separador que utiliza i volt para el binario 1 producirá una salida de 3 volt cuando la entrada es 3 volt. Sin embargo, la corriente suministrada en la entrada es mucho más pequeña que la corriente producida en la salida. De ésta manera, un separador puede excitar muchas otras compuertas que requieren una cantidad mayor de corriente que de otra manera no se encontraría en la pequeña cantidad de corriente aplicada a la entrada del separador.

Compuerta NAND:
Es el complemento de la función AND, como se indica por el símbolo gráfico que consiste en un símbolo gráfico AND seguido por un pequeño círculo. La designación NAND se deriva de la abreviación NOT - AND. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que Es la función AND la que se ha invertido.

Compuerta NOR:
La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza un símbolo gráfico OR seguido de un círculo pequeño. Tanto las compuertas NAND como la NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente.

Compuerta OR exclusivo (XOR):
La compuerta OR exclusiva tiene un símbolo gráfico similar a la compuerta OR excepto por una línea adicional curva en el lado de la entrada. La salida de esta compuerta es 1 si cada entrada es 1 pero excluye la combinación cuando las dos entradas son 1. La función OR exclusivo tiene su propio símbolo gráfico o puede expresarse en términos de operaciones complementarias AND, OR .

Compuerta NOR exclusivo (XOR):
El NOR exclusivo como se indica por el círculo pequeño en el símbolo gráfico. La salida de ésta compuerta es 1 solamente si ambas entradas son tienen el mismo valor binario. Nosotros nos referiremos a la función NOR exclusivo como la función de equivalencia. Puesto que las funciones OR exclusivo y funciones de equivalencia no son siempre el complemento la una de la otra. Un nombre más adecuado para la operación OR exclusivo sería la de una función impar; esto es, la salida es 1 si un número impar de entrada es 1. Así en una función OR (impar) exclusiva de tres entradas, la salida es 1 si solamente la entrada es 1 o si todas las entradas son 1. La función de equivalencia es una función par; esto es, su salida es 1 si un número par de entradas es 0. Para un función de equivalencia de tres entradas, la salida es 1 si ninauna de las entradas son 0 ( todas las entradas son 1 ) o si dos de las entradas son 0 ( una entrada es 1 Una investigación cuidadosa revelará que el OR exclusivo y las funciones de equivalencia son el complemento la una de la otra cuando las compuertas tienen un número par de entradas, pero las dos funciones son iguales cuando el número de entradas es impar. Estas dos compuertas están comúnmente disponibles con dos entradas y solamente en forma rara se encuentran con tres o más entradas.




Retornemos el teorema De Morgan:
El teorema De Morgan es muy importante al tratar compuertas NOR y NAND. Expresa que una compuerta NOR que realiza la función (x + y)' es equivalente a la expresión función xy' . Similarmente, una función NAND puede ser expresada bien sea por (xy)' o por x' + y' por esta razón, las compuertas NOR y NAND tienen dos símbolos gráficos distintos como se muestra en la figura:

En vez de representar una cornpuerta NOR por el símbolo gráfico OR seguido por un círculo, nosotros podemos representarla por un símbolo gráfico AND precedido por círculos en todas las entrada. El inversor AND para la compuerta NOR proviene M teorema De Morgan y de la convención de que los círculos pequeños denotan complementación. Similarmente la compuertaNAND también posee dos símbolos gráficos.

Para ver cómo se utiliza la manipulación del álgebra Booleana para simplificar circuitos digitales considere el diagrama lógico de la siguiente figura. La salida de la primera compuerta NAND es, por el teorema De Morgan, (AB)' = A' + B' . La salida del circuito es la operación NAND de este término y B' .
X = [( A' + B ) * B' ] '


Utilizando el teorema De Morgan dos veces, obtenemos:
X = (A' + B)' + B = AB' + B
Note que el teorema De Morgan ha sido aplicado tres veces ( para demostrar su utilización ) pero podría ser aplicado solamente una vez de la siguiente manera:
X = [ ( AB' )*B']' = AB' + B
La expresión para x puede simplificarse por aplicación de las relaciones mencionadas anteriormente
X = AB'+ B
= B + AB'
= ( B + A) ( B + B')
= (B+A)* 1
= B + A
= A + B
El resultado final produce una función OR y puede ser implementado con una sola compuerta OR como se muestra en la figura parte (b). Uno Puede demostrar que dos circuitos producen relaciones binarias idénticas Entrada - Salida simplemente obteniendo la tabla de verdad para cada uno de ellos.
























observaciones, conclusión
durante esta practica uno de los puntos que pude observar:
· La importancia y funcionamiento de los bits
· Las entradas o flujo de corriente de un punto de vista practico.
· El uso de las operaciones algebraicas (booleanas)
· El funcionamiento de los iodos emisores de luz.
· Del Protoboard.
· A mínima escala ciertos principios de la computadora.

Llegando a la conclusión de que cada practica es un avance mas a mi conocimiento, enfocando mi carrera a ser mas investigadora, comprender y adentrar mas en los temas que se ven en particular a esta materia.

Se concluyo que para obtener cierta corriente se puede hacer la operación y llevarla a practica especialmente en este caso el del álgebra booleana.


BIBLIOGRAFÍA

http://webdiee.cem.itesm.mx/web/servicios/archivo/tutoriales/protoboard/sld004.htm


http://www.radiointernet.fm/dicchard.htm


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