Para el diseño de algún sistema electrónico, es fundamental, saber el funcionamiento de los Circuitos Integrados(CI) que intervienen; en este caso analizaremos los dispositivos digitales llamados Compuertas Lógicas.
Trabajaremos con los circuitos integrados de la familia 74LS de compuertas lógicas: AND, OR, NOT,NAND, NOR y XOR, revisando conceptos básicos y funcionamiento.Las Compuertas Lógicas se encuentran disponibles comercialmente en forma de circuitos integrados. Entre las tecnologías mas conocidas en el mercado son:
- TTL: Transistor -Transistor – Lógico
- CMOS: Lógica Complementaria de Semiconductores Oxido Metalico
- ECL: Lógica Acoplada a Emisor
La tecnología CMOS está basada en transistores MOS, mientras que las tecnologías TTL y ECL lo están en transistores bipolares.
¿Que son las compuertas lógicas?
Una compuerta lógica es un dispositivo digital que realiza operaciones binarias con uno o dos estados lógicos (0,1) en la entrada y obteniendo resultados booleanos (0,1) en la salida del sistema. Se pueden combinar entre si para obtener nuevas funciones.
Las compuertas básicas son tres AND, OR y NOT, y sus compuertas complementarias son NAND, NOR. También existe una compuerta suplementaria XOR y su compuerta complementaria XNOR.
La familia TTL mas utilizada para estas compuertas son la serie 74LSXX (LS:Low-powe-Schottky) algunas de sus características son:
- Alimentación: 5V ± 0.25 , es conveniente usar una fuente regulada y condensador cerámico de 0.1 μF conectado a través del suministro cerca del CI, para eliminar picos generados por los interruptores.
- Entradas:Cualquier entrada que no se utilice es recomendable conectarla a +Vcc, para eliminar el ruido, ya que estos CI tienen entradas flotantes.
- Salidas:Pueden suministrar 16mA, pero pueden alimentar sobre los 2mA.
- Tiempo de propagación de la puerta: cerca de 10ns para que una señal pase a través de una puerta.
- Frecuencia: En condiciones ideales es de 35MHz.
- Consumo de Potencia: pocos mW.
Cada compuerta está asociada a un símbolo, una tabla de verdad y una operación booleana; que expresa el estado de su salida para cada combinación posible de las entradas.
Dependiendo los resultados que la operación nos arroje se pueden clasificar los resultados en:
- Producto de Sumas (maxitérminos): Expresión booleana que reúne las variables de entrada que a su salida tengan un cero lógico.
- Suma de Productos (minitérminos): Expresión booleana que reúne las variables de entrada que a su salida tengan un uno lógico.
¿Como se utilizan?
Los CI de las compuertas lógicas ya mencionadas tienen las siguientes configuraciones internas, las cuales presentamos para su posterior conexión:
Diagrama de Conexiones
Para realizar la siguientes conexiones necesitaremos:- Resistencias de 330 ohm y 1K ohm
- Leds
- Alambre
- Dip Switch de 8 posiciones
- 74LS02 NOR
- 74LS86 XOR
- 74LS00 NAND
- 74LS08 AND
- 74LS32 OR
- 74LS04 NOT
La conexión que se realizará para las compuertas AND, NAND, XOR y OR es la misma, solo bastara con cambiar adecuadamente el CI, a continuación se muestra el diagrama:
Finalmente alimentaremos nuestros circuitos a 5V y por medio del dip switch controlaremos los estados binarios de entrada correspondientes a la tabla de verdad antes mencionada, para que se realicen las operaciones lógicas pertinentes a cada circuito integrado y podremos visualizar los resultados de estas operaciones por medio del encendido/apagado de leds.
Como se puede observar cada par del dip switch es correspondiente a un led representando perfectamente cada una de las condiciones de la tabla de verdad.
Glosario
Circuito integrado(CI): También denominado chip, está compuesto por un material semiconductor de silicio, que, en su interior, contiene componentes eléctricos tales como transistores, diodos, resistencias y capacitores.
La familia lógica TTL: es una familia que se caracteriza fundamentalmente por su rapidez y porque sus transistores trabajan mayoritariamente en corte-saturación. La numeración de cualquier circuito integrado (CI) de esta familia comienza con los dígitos 74 (serie comercial) ó 54 (serie militar, con especificaciones más exigentes). Algunas de las subfamilias más utilizadas son: Estándar, S (Schottky), LS (Low Power Schottky), ALS (Advanced Low Power Schottky), FAST (Advanced Schottky) y ABT (Advanced BiCMOS).Bibliografia
- Familias Lógicas
- Circuitos Lógicos
