Lab. Sistemas Digitales

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LABORATORIO N 01PUERTAS LOGICAS TTL INTERFACES ANALOGICOS DIGITALES

OBJETIVOS: Determinar las especificaciones de la familia lgica TTL. Determinar como PSpice establece la interfaz entre componentes analgicos y digitales Construir y probar una amplia variedad de circuitos lgicos simples Visualizar formas de onda analgicas y digitales combinadasMARCO TEORICO:

La familia lgica ms ampliamente utilizada y ms antigua de la familia TTL (lgica transistor - transistor). En el caso ideal, una puerta TTL es simplemente un dispositivo que realiza operaciones de algebra booleana. En la prctica, sin embargo, tienen tensiones umbral, retardos de propagacin, factores de carga y otras caractersticas de funcionamiento vitales. Estas especificaciones son el objeto de este captulo.

PUERTAS TTL BSICAS

INTERFACES ANALOGICOS-DIGITALES

PSpice permite combinar dispositivos analgicos-digitales de la forma deseada. En la mayora de casos, no es necesario que el diseador conozca los detalles subyacentes relativos a tales circuitos mixtos. Sin embargo, cuando se muestran los valores nodales es necesario disponer de un conocimiento ms detallado.

NODOS ANALOGICOS, DIGITALES Y DE INTERFAZPSpice evala tres tipos de nodos analgico, digital y de interfaz. Si todos los dispositivos conectados a un nodo son analgicos, entonces el nodo es analgico. Si todos los dispositivos son digitales el nodo es digital. Si tanto dispositivos analgicos como digitales, entonces se trata de nodo interfaz. Para cada nodo se asignan los siguientes valores:

En los analgicos, los valores son tensiones y corrientes.

En los nodos digitales, los valores son estados, que se calculan a partir del modelo entrada-salida del dispositivo, el nivel lgico del nodo (0a 1) y de las intensidades de salida de los dispositivos que excitan al nodo. Cada intensidad es una entre 64 rangos de valores de impedancia comprendidos entre el valor de 2 y 20 K. Para calcular la intensidad de una salida digital, PSpice utiliza el nivel lgico y los valores de parmetros DRVH (resistencia de excitacin de nivel lgico alto) y DRVL (resistencia de excitacin de nivel lgico bajo) a partir de los modelos de entrada-salida(I/O).

En los nodos de interfaz, los valores son corrientes y tensiones analgicas y estados digitales. Esto se debe a que PSpice inserta automticamente un subcircuito de interfaz atoD o DtoA (analgico-digital o digital-analgico) , que completa con una fuente de alimentacin, en todo los nodos de interfaz. Estos subcircuitos realizan la traduccin entre corrientes y tensiones analgicas y estados digitales.

Figura 1.2. Circuito de Componentes mixto.PRACTICA DE SIMULACION

1.- Cree el proyecto puertas lgicas con el esquema INVERSOR.2.- Dibuje el circuito de prueba de la Figura 1.5.

3.- Defina el perfil de simulacin como transitorio (Transient) entre 0 y 2ms. y un tamao mximo de paso de 2us. Ejecute una simulacin, genere la grafica de Probe predeterminada y acceda al cuadro de dialogo Add Traces(aadir trazas).a) Seleccione varias combinaciones de modos Analog (analgico). Digital Voltages (tensiones). Currents (corrientes). Power (alimentacin), Alias Names (nombres de alias) y Subcircuit Nodes (nodes de subcircuito) y anote los conjuntos de variables que estn disponibles en cada caso.b) Para cada uno de los casos anteriores, enumere solo las categoras de variables que deben habilitarse para molestar cada una de estas variables. V (VIN) I (Rcarga) W (VS) Vin$AtoD

4.- Usando los nombres de traza analgicos(analog), genere las curvas de tensin y corriente analgicas de entrada-salida de la figura 1.65.- Basndose en los resultados de la Figura 1.6 complete las siguientes tensiones y corrientes en las tablas que se facilitan a continuacin y compare dichos valores con las espicifaciones del 7404 que se proporcionan: Tensiones de salida de los niveles lgicos alto y bajo (Voh y Vol): tensiones de salida mxima y mnima para los niveles lgicos 0 y 1. qu ocurre con Vout cuando Vin vara entre 0Vy +5V?

VOHVOL

PSpice88.45

Hoja de especificaciones2.4V (min.)0.4V (mx.)

Tensiones de entrada de los niveles lgicos alto y bajo (VIH y VIL): las tensiones de entrada mxima y mnima que garantizan poder representar los estados de entrada de los niveles alto y bajo. qu valores de VIN proporcionaran una tensin VOUT de 0.4V y 2.4V?

VIHVIL

PSpice

Hoja de especificaciones2.0V (min.)0.8V (mx.)

Corrientes de entrada de los niveles alto y bajo (IIH e IIL): corrientes mximas de entrada para los estados de entrada alto y bajo. qu valor toma IIN cundo VIN vara entre 5V y 0V?

IIHIIL

PSpice20.35 A1.0431mA

Hoja de especificaciones40 (min.)1.6mA (mx.)

Corrientes de entrada de los niveles alto y bajo (IOH e IOL): corrientes tpicas de salida para los niveles lgicos 1 y 0. Qu valor toma IOUT cuando VOUT se encuentra por encima de 2.4V? Y por debajo de 0.4V?

IOHIOL

PSpice6.48mA221.1 A

Hoja de especificaciones16mA400A

Corriente de salida en cortocircuito (IOS)

Cortocircuite la salida (reduciendo Rcarga 0.001 ohmios) y genere el diagrama de la corriente de salida analgica. Basndose en los resultados especifique la corriente de salida en cortocircuito para el estado de a salida a nivel alto (VIN=0V) en la tabla que se proporciona a continuacin. Cuando lo haya hecho asigne de nuevo el valor de 400 a Rcarga.

IOS

PSpice25mA

Hoja de especificaciones25mA

Modifique el circuito de prueba y el perfil de simulacin para que se corresponda con las figuras

Ejecute Pspice y genere las formas de onda de entrada y salida analgicas de la figura

Utilizando dos puntos cualesquiera que se correspondan. Rellene la tabla siguiente.

Retardo de propagacion

PSpice

Hoja de especificaciones15ns(tpico)

Salidas DigitalesEn la grfica del retardo de propagacin de la figura aada las tres trazas digitales que se muestran

CUESTIONARIO:

a) Los ejes verticales de ambos cursores se extienden a travs de las secciones analgicas y digital de la pantalla? SI NO

b) Localice los valores inter-secciones despus de que las variables digitales de trazas se encuentran prximas a la parte superior de la pantalla. Desplace ambos cursores anote os valores. Los valores inter-secciones se basan solo en el cursor 1? SI NO

c) Localice la ventana de cursor. Tiene una seccin analgica y una seccin digital? SI NO

d) Haciendo clic con el botn izquierdo para el cursor 1 y clic con el botn derecho para el cursor 2, seleccione varias variables de traza analgica y digital. Puede seleccionar independientemente las variables de trazas analgicas y digitales? SI NO

e) Defina el sistema de cursores como se muestra en la fig1.10.Denro de la ventana de cursor. R y 1 reflejan correctamente los estados de las formas digitales? SI NO

f) Asocie el cursor 1 con la traza analgica V(Vin) y la traza digital Vin$AtoD. Comenzando en 10ns, desplace el cursor hacia la derecha y anote las lecturas analgicas y digitales. El estado R(rising) ocurre aproximadamente entre los valores analgicos de 1.5Vy 2V? SI NO

Est de acuerdo con las tensiones de entrada del nivel alto. HIGH, y bajo. LOW,(VIH y VIL) del paso 5? SI NO

TCNICAS DE ZOOM DIGITAL

a) Se expanden las secciones digital y analgica al unsono? SI NOb) Reactive el sistema de cursores. Se corresponde el paralelogramo dibujado dentro del tiempo con la regin F? SI NO

MARCADORES EN UN CIRCUITO DIGITAL

Coloque los marcadores sobre el circuito de prueba como se muestra en la fig 1.13 y 1.14

Figura 1.13

Figura 1.14

Visualice los resultados:

a) Se generan las formas de onda digitales solo cuando los marcadores se colocan en nodos digitales? SI NO

b) Se generan las formas de onda analgica cuando los marcadores se colocan bien en nodos analgicos o mixtos? SI NO

Actividades Avanzadas

En el paso 4, hemos obtenido que la tensin mnima permitida de salida para el nivel lgico 1 es2.4V.

Defina Rcarga como una variable paramtrica y utilice la funcin Max para generar la grfica mostrada en la grfica nmero. Basndose en la grfica. Cul es el valor minino permitido de Rcarga q garantiza una tensin de salida para el nivel lgico 1?2.4

Se encuentra este valor por debajo de 400?

Figura 1.15

1. Aada la carga y la fuente necesarias y pruebe el circuito de deteccin de flanco de reloj mostrado en la figura 1.16.

Figura 1.162. Utilizando seales analgicas, genere las funciones de transferencia mostradas en la figura 1.17 para el inversor 7404 y el Schmitt trigger 7404. Qu es la histresis.?

Es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estmulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenmeno. Por extensin se aplica a fenmenos que no dependen solo delas circunstancias

3. Pruebe el circuito de la figura 1.18 con fuentes de tensin continua (VDC) y establezca por que se denomina selector de datos.

4. Determinar la frecuencia de oscilacin del circuito de la figura 1.19.(sugerencia:el periodo es de aproximadamente 30ns.)

Figura1.18

Figura1.19

5. Aada las fuentes necesarias y pruebe y el sumador completo de la figura 1.20.verifique que A=1+B=0+C es igual a 0 con un acarreo de salida (Carry OUT) de 1.

6. Aada las alimentaciones necesarias y pruebe el generador de paridad par de 4 bits de la figura 1.21

Figura1.21

7. Qu operacin matemtica realiza el circuito de 2 bits de la figura 1.22?podria ampliarse el proceso a cualquier numero de bits?

Figura 1.22

8. Cul es el propsito del circuito misterioso de la figura 1.23? Bajo qu condiciones se obtiene a la salida de un nivel alto?

Cuestionario y Problemas

1. Qu tres posibles tipos de nodos existen en un circuito mixto analgico-digital?

Nodo Analgico: Solo se observa valores de tensin y corriente.

Nodo Digital: En los nodos digitales, los valores son estados, que se calculan a partir del modelo entrada-salida del dispositivo, el nivel lgico del nodo (0 a 1) y de las intensidades de salida de los dispositivos que excitan al nodo. Cada intensidad es una entre 64 rangos de valores de impedancia comprendidos entre el valor de 2 y 20 K.

Nodo de Interfaz: los valores son corrientes y tensiones analgicas y estados digitales. Esto se debe a que PSpice inserta automticamente un subcircuito de interfaz AtoD o DtoA (analgico-digital o digital-analgico) , que completa con una fuente de alimentacin, en todo los nodos de interfaz. Estos subcircuitos realizan la traduccin entre corrientes y tensiones analgicas y estados digitales.

2. Dnde coloca PSpice automticamente un circuito de interfaz AtoD?Y un circuito de interfaz DtoA?AtoD.- En los nodos analgicos para convertir la seal anloga a digital y poder ser usada por los componentes digitales

DtoA.- En los nodos digitales para hacer lo inverso que el AtoD, el DtoA cambia las seales digitales a analgica.

PSpice al colocar AtoD y DtoA en los diferentes nodos genera que tambin se ubiquen nodos de interfaz en estos puntos

3. Podemos medir corriente en un nodo digital puro?Si en la simulacin de PSpice se puede aadir el trazo de la corriente de entrada y observar cuanto es esta.

4. Independientemente de los indicadores de puertas lgicas siguientes, Qu indican los trminos A e Y (a la derecha de los dos puntos)?V(U1A:A) .- Es igual al VIN a la tensin que sale del 7404V(U2A:Y) .- Es igual al VOUT o a la tensin que sale del 7404

5. Qu es una regin de ambigedad?

No se conoce el tiempo exacto de la transicin, slo que se pasa de bajo a alto, o viceversa

Ambigedad.

La mayor fuente de ambigedad (imprecisin en las transiciones) es la variacin del tiempo de propagacin de los componentes.

En la mayora de los casos, el tiempo de propagacin estar en torno a un valor tpico. Sin embargo, no es una constante, sino un rango de valores entre los extremos mnimo y mximo.

Se define la ambigedad en el tiempo de propagacin como la diferencia entre el tiempo mximo y el mnimo.

Por definicin, la ambigedad tambin debe estar comprendida entre los tiempos mnimo y mximo.

6. Explicar como la funcin de transferencia del 7414 de la figura 1.17 muestra efectos de Histresis.Histresis se genera cuando la diferencia de potencial es mnima sea cuando los potenciales en la entrada y salida osn simiklar sirver para regular un voltaje y mantenerlo fijo

Castro Chambi Wilmer Quicao Quispe Jesus