Universidad Simón Bolívar Departamento de Electrónica y Circuitos EC1723, Circuitos Digitales Trimestre Enero-Abril 2011 Laboratorio - Práctica 2: Circuitos Combinatorios de Media Escala de Integración Objetivo: Familiarizarse con circuitos lógicos aritméticos de Media Escala de Integración (Medium Scale integration, MSI): • Unidad Lógico Aritmética 74LS181 y • Decodificador BCD a 7 segmentos 74LS47. Material Necesario: En esta práctica los circuitos a montar en el “protoboard” serán diseñados por Ud. Debido a esto, los componentes electrónicos requeridos dependen de su diseño y la lista de materiales debe ser elaborada por Ud. mismo. A continuación se especifican los materiales indispensables para la realización de la práctica. Componentes indispensables Un (1) 74LS181 ALU Un (1) 74 LS 47 Un display 7seg CA Objetivos específicos. Estudiar el funcionamiento de la Unidad Lógico Aritmética “ULA” 74LS181. 1.1.

La Unidad Lógico Aritmética 74LS181 permite realizar funciones Lógicas y funciones Aritméticas entre 2 números binarios de 4 bits. Posee una (1) entrada “M” para seleccionar entre modo Lógico (M = “1”) o modo Aritmético (M = 0); 4 entradas (S3, S2, S1, S0) para seleccionar la Operación a realizar y una entrada “CN” para el Acarreo en funciones Aritméticas. El usuario esta en libertad de interpretar los resultados aritméticos como números sin signo o como números con signo en complemento a dos. La tabla que se da a continuación define el funcionamiento de la ULA en lógica “activo alto”.

Un circuito como el que se muestra a continuación permitiría estudiar el comportamiento de la ULA en todas sus funciones (48 operaciones = 16 operaciones lógicas y 32 operaciones aritméticas). EC1723 – Circuitos Digitales – Práctica 2 Enero-Abril 2011

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En esta práctica solo se estudiará el comportamiento de la ULA en 4 funciones Suma, Resta, EXOR y NAND y los resultados aritméticos se interpretaran en complemento a dos. En este caso es deseable: • Reducir la cantidad de entradas de control a la ULA de 6 entradas a 2 entradas. • Poder visualizar los resultados aritméticos en magnitud y signo empleando un display 7 segmentos. Para cumplir con estos requerimientos, se diseñarán 2 circuitos lógicos: 1. Circuito SELECTOR con las siguientes especificaciones. • Dos entradas OP1 y OP0 que seleccionan una de cuatro operaciones (Suma, Resta, EXOR o NAND). • Seis salidas que sirven de control a la ULA: S3, S2, S1, S0 , CN y M. 2. Circuito CONVERSOR de Complemento a dos a Magnitud y Signo con las siguientes especificaciones. • Cuatro entradas; F3, F2, F1 y F0 • Cinco salidas; Signo, D, C, B, A. • Signo es F3 directamente y D,C,B,A representan el valor absoluto del resultado. Una vez diseñado estos 2 circuitos su montaje tendrá una presentación como la que muestra la figura que se le da a continuación. Recuerde que los componentes que requerirá dependerán de su diseño por lo que se le pide que los haga con la anticipación debida.

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Prelaboratorio: 1) Estudiar el funcionamiento de la ULA 74LS181, para responder las siguientes preguntas: a) Llenar la Tabla 1 dada a continuación con los valores que se piden utilizando los valores: • A= último digito del carnet de un miembro del equipo de Laboratorio • B= valor negativo en complemento a dos del último digito del carnet del otro miembro del equipo. Tabla 1. Funciones lógicas de la 74LS181 (caso de señales activas en alto) SELECCIÓN

Resultado por tipo de operación

L=LOW / H=HIGH

S3

S2

S1

S0

L L L L L L L L H H H H H H H H

L L L L H H H H L L L L H H H H

L L H H L L H H L L H H L L H H

L H L H L H L H L H L H L H L H

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LÓGICA M=H

ARITMÉTICA Cn = L

ARITMÉTICA Cn = H

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b) El manual del 74LS181 indica que el dispositivo puede trabajar con entradas y salidas ACTIVAS EN ALTO y ACTIVAS EN BAJO. De acuerdo con esto, ¿Qué consideraciones deben tomarse en cuenta para diseñar y conectar otros circuitos a este chip? c) El 74LS181 tiene internamente un circuito que adelanta el cálculo el acarreo conocido con el nombre de “CARRY LOOK AHEAD” que da los valores que se tienen en los pines de salida “P” y “G”. ¿Cuál es la funcionalidad de estos 2 pines de salida? 2) Estudie el funcionamiento del decodificador BCD a 7 Segmentos 74LS47 y responda: a) ¿Qué lógica utiliza el dispositivo a sus entradas, ACTIVO ALTO ó ACTIVO BAJO? De acuerdo a esto, qué lógica debe usar un dispositivo que genere los números a convertir? b) Es más fácil utilizar este dispositivo junto a un display de 7 segmentos de ánodo común que junto a un display de 7 segmentos de cátodo común. ¿Por qué? 3) Hacer el diseño de los 2 circuitos: CIRCUITO SELECTOR y CIRCUITO CONVERSOR de complemento a dos a magnitud y signo. Estos diseños deben contemplar la decisión de utilizar lógicas de ACTIVO ALTO ó ACTIVO BAJO de acuerdo con el estudio de los dispositivos principales. a) El diseño del CIRCUITO SELECTOR se inicia con la elaboración de la Tabla de la Verdad del circuito, que tendrá la forma que se da a continuación y que Ud. debe completar. entradas OP1 OP0 0 0 0 1 1 0 1 1

Funcion Suma Resta EXOR NAND

S3

S2

salidas S1 S0

CN

M

b) El diseño del CIRCUITO CONVERSOR de COMPLEMENTO a 2 a MAGNITUD y SIGNO, debe elaborarse a partir de la Tabla de la Verdad que tendrá la forma que se da a continuación y que Ud. Debe completar. Valor

Entrada

Salidas

Salida de ALU (Comp. a 2)

(Magnitud y Signo)

F3

F2

F1

F0

D

C

B

A

SIGNO

0 1 2 3 4 5 6 7 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

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4) Traer montados en “protoboard” la ULA y los 2 circuitos diseñados por Ud. Laboratorio: 1) Alimentar y probar el dispositivo 74LS181 sólo (dispositivo, alimentaciones y cables a VCC y TIERRA donde corresponda), para asegurar que el dispositivo se comporta de acuerdo con lo estudiado en el prelaboratorio, y determinar si su diseño debe ser ajustado o no. 2) Probar y ajustar, de ser necesario, los circuitos diseñados y montados en la sección 3) del prelaboratorio funcionan correctamente, para valores de entrada utilizados en la Tabla 1, y otros arbitrarios. Bibliografía: • • • •

DATA SHEETS de componentes: http://focus.ti.com/lit/ug/scyd013b/scyd013b.pdf DATA SHEET DEL 74LS181 http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/560/331377_DS.pdf D. Gajski. Principios de Diseño Digital J. Wakerly. Diseño Digital. Principios y Práctica

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