SECCIÓN 4: TECNOLOGIA TTL Y CIRCUITOS ESPECIALES

• Tecnología TTL

• Decodificadores

• Codificadores

• Multiplexores

• Demultiplexores

TECNOLOGIA TTL

Acrónimo inglés de Transistor-Transistor Logic o Lógica Transistor a Transistor. Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo.

La familia de circuitos integrados TTL tienen las siguientes características:

-       La tensión de alimentación es 5 Voltios ( Vmin = 4.75 V y Vmax = 5.25 V)

-       Se fabrican es con transistores bipolares multiemisores.

-       Posee una alta velocidad de transmisión pero, ello afecta el consumo de energía.         

-       Su compuerta básica es la NAND

Familias

Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74

Seguido de un código de una o varias cifras que representa la familia.

A continuación se menciona algunas familias TTL:

TTL: serie estándar.

TTL-L (low power): serie de bajo consumo.

TTL-S (schottky): serie rápida (usa diodos Schottky).

TTL-LS (low power schottky): combinación de las tecnologías L y S.

TTL-ALS (advanced low power schottky): versión mejorada de la serie LSS.

TTL-F (FAST : fairchild advanced schottky).

TTL-HCT (high speed C-MOS).

Aplicaciones

Las tecnologías LS y S también se han empleado en:

Microprocesadores

Microcontroladores

Memorias RAM

Memorias PROM

CIRCUITOS ESPECIALES

LOS DECODIFICADORES

Los decodificadores son circuitos permiten generar letras, números (en display 7seg), figuras, símbolos, etc. A partir de un valor binario a la entrada, para comprender como trabajan este circuito veamos un ejemplo.

Diseñar un decodificador que genere en un display de cátodo común, lo siguiente 

Los led del display de 7 segmentos están distribuidos de la siguiente forma

Para formar los números en el display de catodo comun, se requiere enviar un 1 logico (+5v) para encender un led interno.

1) Variable de in/out

2) Tabla de verdad

3) Función de salida

Fa = Ʃm (0, 2, 4, 5, 7)

Fb = Ʃm (0, 3, 4, 5, 6, 7)

Fc = Ʃm (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7)

Fd = Ʃm (1, 2, 4, 5, 7)

Fe = Ʃm (1, 5, 7)

Ff  = Ʃm (1, 2, 3, 7)

Fg = Ʃm (1, 2, 3, 4, 5)

4) Minimizar y determinar nueva función de salida

Fa = Ʃm (0, 2, 4, 5, 7)

Fb = Ʃm (0, 3, 4, 5, 6, 7)

Fc = Ʃm (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7)

Fd = Ʃm (1, 2, 4, 5, 7)

Fe = Ʃm (1, 5, 7)

Ff  = Ʃm (1, 2, 3, 7)

Fg = Ʃm (1, 2, 3, 4, 5)

5) Implementar diseño y probar

Un  ejemplo de decodificador en IC (Circuito Integrado) es el 7447 el cual es un decodificador BCD a 7-seg, muestra los números de 0 a 9

CODIFICADOR

Los codificadores son circuitos permiten convertir letras, números (en display 7seg), figuras, símbolos, etc. En código binario, para comprender como trabajan este circuito veamos un ejemplo.

Diseñar un codificador para que un teclado de 2 x 2 que active 3 alarmas S1, S2 y S3

S1 se activa si se presiona la tecla 4, S2 se activa si se presiona la tecla 2, S3 se activa si se presiona la tecla 1 y si se presiona la tecla 3 se activa S2 y S3.

Si no se presiona ninguna tecla no se activa ninguna alarma y las alarmas no se toma en cuenta si se presiona mas de una tecla.

1) variables de in/out

2) Tabla de verdad 

3) Función de salida

fS1 = Ʃm (8) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

fS2 = Ʃm (2, 4) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

fS3 = Ʃm (1, 4) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

4) Minimizar y determinar nueva función

fS1 = Ʃm (8) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

fS2 = Ʃm (2, 4) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

fS3 = Ʃm (1, 4) + d (3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

    4) Implementar diseño y probar

     Un  ejemplo de codificador en IC (Circuito Integrado) es el 74C922 el cual es un     codificador de teclado matricial a BCD, a la salida obtenemos de 0 a 15 en binario.

     

     

MULTIPLEXORES

Los multiplexores son circuitos que poseen ‘n’ entradas  y una única salida , el motivo es que solo se transmite un bit a la vez, para controlar que bit se va a transmitir a la salida, existen controles y un habilitador los cuales eligen que bit se transmite y activa o desactiva la transmisión del mismo.

Hay ‘n’ cantidad de controles para ‘n’  entradas según lo siguiente: 

2ⁿ = n entradas

*n = número de controles

 Tabla del multiplexor

Implementar diseño del multiplexor y probar

DEMULTIPLEXORES

Los demultiplexores son circuitos que poseen una única entrada  y ‘n’ salidas , el propósito es recibir un bit a la vez, para controlar por cual salida va el bit recibido a la entrada, existen controles y un habilitador los cuales eligen por cual  bit sale el dato y activa o desactiva la transmisión del mismo.

Hay ‘n’ cantidad de controles para ‘n’  salidas según lo siguiente: 

2ⁿ = n salidas

*n = número de controles

Tabla del demultiplexor

Implementar diseño del demultiplexor y probar

Multiplexores y demultiplexores en circuitos integrados:

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SECCIÓN 3: DISEÑO Y SIMPLIFICACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES

• Algebra de boole

• Mapas de karnaugh

• Circuitos de conmutación

• Compuertas lógicas

• Pasos para diseñar circuitos digitales

• Ejemplo de diseño según los pasos

ÁLGEBRA DE BOOLE

El álgebra de Boole es toda clase o conjunto de elementos que pueden tomar dos valores perfectamente diferenciados, que se definen por "0" y "1" y que están relacionados por las operaciones binarias de suma (+) y producto (.) lógicos que cumplen diferentes teoremas y postulados:

TEOREMAS Y POSTULADOS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE :

La estructura del álgebra de Boole se fundamenta en los teoremas:

Según el álgebra de Boole se establece matemáticamente:

Ejemplo.

Las  siguientes funciones han sido resueltas utilizando el álgebra de Boole, paso a paso indicando que teorema fue empleado en cada paso.

MAPAS DE KARNAUGH

Un mapa de Karnaugh es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas Booleanas.

Los mapas de Karnaugh reducen la necesidad de hacer cálculos extensos para la simplificación de expresiones booleanas, permitiendo así identificar y eliminar condiciones muy inmensas.

La tabla de verdad de una función de N variables posee 2^N filas, el mapa Karnaugh correspondiente debe poseer también 2^N cuadrados. Las variables de la expresión son ordenadas en función de su peso y siguiendo el código Gray, de manera que sólo una de las variables varía entre celdas adyacentes. La transferencia de los términos de la tabla de verdad al mapa de Karnaugh se realiza de forma directa, albergando un 0 ó un 1, dependiendo del valor que toma la función en cada fila. Es recomendable usar el mapa de Karnaugh para funciones de hasta 5 variables.

Mapa de karnaugh para 2 variables

Mapa de karnaugh para 3 variables

Mapa de karnaugh para 4 variables

Mapa de karnaugh para 5 variables

Ejemplo.

1)  f (A,B,C)  = Ʃm (0 , 1 , 3 , 4 , 5 , 7) = πM ( 2 , 6)

2)  f (A,B,C)  = Ʃm (0 , 2 , 3 , 5 , 7) = πM ( 1 , 4 , 6)

3)  f (A,B,C,D)  = Ʃm (0 , 1 , 2 , 13 , 15) 

4)  f (A,B,C,D,E)  = Ʃm (0 , 1 , 2 , 13 , 15 , 30 , 31)

CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN

Formados por compuertas que implementan las operaciones logicas (and,or y not)

Señales eléctricas y valores lógicos las tablas se definen con:

     - Voltaje alto  H

     -  Voltaje bajo L 

El diseñador decide:

Lógica positiva  1 -> H                         Lógica negativa  1 -> L

                       0 -> L                                                     0 -> H

Niveles Logicos

Vcc = 5v        

VOH min = 2,7v  -> High state DC noise margin

VOH min = 2,0v

VIL max  =  0,8v  -> Low state DC noise margin

VOL max  =  0,5v  

COMPUERTAS LÓGICAS

Compuertas Básicas

Compuertas  Adicionales

Pasos para resolver problemas:

          

1) Leer bien (entender)

2) Definir variables de in/out

3) Realizar tabla de verdad

4) Determinar función de salida

5) Minimizar y determinar nueva función

6) Implementar diseño y probar

7) Montar circuito  

Ejemplo.

Alarma para semáforo

Se desea construir una alarma para detectar si falla o deja de funcionar un semáforo de transito, el problema se resolverá siguiendo los pasos mencionados anteriormente.

1) Leer bien (entender)

    El enunciado nos dice que hay 3 entradas y una salida que sera 1 lógico cuando, todas       las entradas sean 0 lógico o cuando 2 o mas entradas sean 1 lógico, se empleara lógica      positiva.   

2) Definir variables de entrada y salida

3) Realizar tabla de verdad

4) Determinar función de salida

5) Minimizar y determinar nueva función  

6) Implementar diseño y probar

7) Montar circuito

    Para montar el circuito se requiere:

    - un protoboard, 

    - 3 resistencias de 330Ω, 

    - 3 LED (para verificar las señales in/out), 

    - IC 7408  

    - IC 7432

    - cable UTP

    - una fuente de 5 volt

    - alicate (para cortar el cable a medida)       

   

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