¿Qué es la electrónica digital?
La electrónica digital,
es un campo de la electrónica que involucra el estudio de
señales digitales con el fin de procesar y controlar diversos
sistemas y subsistemas, en contraposición a la electrónica analógica
y las señales analógicas.
En la mayoría de sistemas
digitales, el número de estados discretos es tan solo de dos y se les denomina
niveles lógicos (0 y 1). Estos niveles se representan por un par de
valores de voltaje, uno cercano al valor de referencia del circuito
(normalmente 0 voltios, tierra o "GND"), y otro cercano al valor dado
por la fuente de alimentación del circuito (en circuitos TTL serian +5 voltios).
Estos dos estados discretos reciben muchas parejas de nombres en libros de
electrónica y otros textos especializados, siendo los más comunes "0"
y "1", "F" y "V", "off" y
"on" o "bajo" y "alto" entre otros. Tener
solo estos dos valores nos permite usar el álgebra booleana y códigos
binarios, los que nos proporciona herramientas muy potentes para
realizar cálculo sobre las señales de entrada.
Sabemos que hay dos tipos de
señales, una es analógica o continua y la segunda es digital o
discreta. Entonces, la ciencia o campo de investigación en el área de la
ingeniería se denomina Electrónica Analógica y Electrónica Digital.
Ahora en el área de la electrónica digital, es esencial comprender una amplia
gama de aplicaciones, desde la electrónica industrial hasta los campos de la
comunicación, desde los micro sistemas integrados hasta los equipos militares.
La principal y quizás la ventaja
más revolucionaria de la electrónica digital es la
disminución de tamaño y la mejora de la tecnología.
La electrónica digital es
aquel sistema electrónico que utiliza una señal digital en lugar de una señal
analógica. La electrónica digital es la representación más común del álgebra
booleana y es la base de todos los circuitos digitales para computadoras,
teléfonos móviles y muchos otros productos de consumo.
La unidad fundamental más
común de la electrónica digital es la puerta lógica. Combinando numerosas
puertas lógicas (de decenas a cientos de miles) se pueden crear sistemas más
complejos. El complejo sistema de electrónica digital se conoce colectivamente
como circuito digital.
Compuertas lógicas.
Las Compuertas Lógicas son
circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se
encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como
resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas
binarias (suma, multiplicación). También niegan, afirman, incluyen o excluyen
según sus propiedades lógicas. Estas compuertas se pueden aplicar en otras
áreas de la ciencia como mecánica, hidráulica o neumática.
Existen diferentes tipos de compuertas
y algunas de estas son más complejas, con la posibilidad de ser simuladas por
compuertas más sencillas. Todas estas tienen tablas de verdad que explican los
comportamientos en los resultados que otorga, dependiendo del valor booleano
que tenga en cada una de sus entradas.
Trabajan en dos estados, "1"
o "0", los cuales pueden asignarse a la lógica positiva o lógica
negativa. El estado 1 tiene un valor de 5v como máximo y el estado 0 tiene un
valor de 0v como mínimo y existiendo un umbral entre estos dos estados donde el
resultado puede variar sin saber con exactitud la salida que nos entregara.
Tipos de compuertas Lógica:
En este blog veremos todas las
compuertas lógicas, veremos su funcionamiento, tabla de verdad de cada una de
ellas:
- Compuerta lógica NOT (C.I. 74LS04).
- Compuerta lógica AND (C.I. 74LS08).
- Compuerta lógica NAND (C.I. 74LS00).
- Compuerta lógica OR (C.I. 74LS32).
- Compuerta lógica NOR (C.I. 74LS02).
- Compuerta lógica XOR (C.I. 74LS86).
- Compuerta lógica XNOR (C.I. 74LS266).
1.-COMPUERTA LÓGICA NOT:
En este caso esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Si la entrada se encuentra en estado activo “1” se tendrá a la salida un estado inactivo “0” y para el caso contrario, si la entrada se encuentra en estado inactivo “0” a la salida estará en estado activo “1”. Por lo cual todo lo que llegue a su entrada, será inverso en su salida.
A continuación, les dejo su símbolo, función lógica y su tabla de verdad.
Y para este caso utilizamos el circuito integrado 74LS04, a continuación, les dejo su conexión interna, pines de alimentación, entradas y salidas de los NOT, como se en el diagrama este circuito integrado tiene 6 NOT en su interior.
Después de haber leído la teoría de la compuerta lógica NOT, ahora vamos a realizar las pruebas de funcionamiento de cada una de ellas, a continuación, les dejo el diagrama de cada una de las compuertas del circuito integrado 74LS04.
Ver el
siguiente Video:
2.-COMPUERTA
LÓGICA AND:
Esta compuerta es representada por una multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 (Nivel alto) para que la salida otorgue un 1 binario (Nivel alto). En caso contrario de que falte alguna de sus entradas con este estado o no tenga si quiera una accionada, la salida no podrá cambiar de estado y permanecerá en 0 (eso quiere decir que basta que una de sus entradas este en 0 su salida será 0). Esta puede ser simbolizada por dos o más interruptores en serie de los cuales todos deben estar activos para que esta permita el flujo de la corriente.
A continuación, se muestra el símbolo:
Su tabla de verdad es la siguiente:
La compuerta lógica AND
también lo podemos representar en un circuito electrónico muy simple como lo
vemos en el siguiente diagrama, consta de 2 interruptores en serie (que serán mis
entradas A y B) y la salida representada con un diodo led, esta prueba lo
pueden realizar y verán que si se cumple la tabla de verdad.
Compuerta lógica representado con 3 y 4 entradas:
Ejercicios simples con la compuerta lógica AND:
A continuación, les muestro el
circuito integrado 74LS08 que sería una compuerta lógica AND de 2 entradas,
allí esta sus pines de conexione, este circuito integrado tiene 4 compuertas lógicas
en su interior.
Circuito ensamblado en una protoboard:
En el siguiente video veremos las
pruebas y funcionamiento del circuito integrado 74LS08, que sería una compuerta
lógica AND, les recomiendo ver el video:
Ver el video:
3.- COMPUERTA
LÓGICA NAND:
La compuerta lógica NAND, también conocida como AND
negada o inversa o NOT-AND, es una combinación de las compuertas AND y NOT
que se representa con la compuerta AND con un círculo a la salida, al tener sus
entradas activas “1” la salida se encuentra inactiva “0”, otra
variación con respeto a las entradas mantendrá su salida en estado activo “1”.
A continuación, se muestra el símbolo:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Símbolo, tabla de verdad y función
lógica:
Compuerta lógica NAND de 3 entradas:
Es posible encontrar compuertas NAND con 3
entradas. La expresión del algebra booleana no cambia, por lo tanto, la salida
de la compuerta NAND de 3 entradas es igual a la negación de la multiplicación
de sus entradas, veamos la siguiente table de verdad.
A continuación, les dejo una tabla con 4 entradas, y así puede haber con muchas mas entradas en una compuerta lógica NAND.
Ejercicios simples con la compuerta lógica NAND:
A continuación, les muestro el circuito integrado 74LS00 que sería una compuerta lógica NAND, este integrado se alimenta con +5v, y en su interior tiene 4 compuertas lógicas, en este video lo vamos a probar sus 4 compuertas lógicas, a continuación, les dejo el diagrama del circuito 74LS00 y el diagrama de como probar una compuerta lógica NAND.
- 1 protoboard.
- 1 CI 74LS00.
- 3 diodos leds.
- 3 resistencias de 330Ω.
- 2 pulsadores NA.
A continuación, les dejo unas imágenes de las conexiones
para probar una compuerta lógica NAND.
Ver el siguiente video, allí les explicamos mejor el funcionamiento.
3.-COMPUERTA
LÓGICA OR:
En el Algebra de Boole esta es una suma. Esta
compuerta permite que con cualquiera de sus entradas que este en estado binario
1 (nivel alto), su salida pasara a un estado 1 también. No es necesario que
todas sus entradas estén accionadas para conseguir un estado 1 a la salida,
pero tampoco causa algún inconveniente. Para lograr un estado 0 a la salida,
todas sus entradas deben estar en el mismo valor de 0. Se puede
interpretar como dos interruptores en paralelo, que sin importar cual se
accione, será posible el paso de la corriente.
A continuación, se muestra el símbolo:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Símbolo, tabla de verdad y
función lógica:
Circuito representativo de la compuerta OR.
Se puede representar mediante un circuito que tenga dos interruptores en paralelo, al accionar un interruptor permite cerrar el circuito y por lo tanto el flujo de la corriente.
Un
interruptor abierto corresponde a inactivo “0” y el interruptor cerrado
corresponde a activo “1”.
Compuerta OR de 3 entradas.
Es
posible encontrar compuertas OR con 3 entradas. La expresión del algebra
booleana no cambia, por lo tanto, la salida de la compuerta OR de 3 entradas es
igual a la suma de sus entradas.
Se
cumple lo mismo mencionado que una compuerta de 2 entradas: Se encuentra en
estado activo siempre y cuando una de sus entradas tenga un estado binario
activo “1”, para lograr un estado inactivo “0” a la salida es necesario que
todas sus entradas tengan un estado inactivo “0”.
Y así
puede haber compuertas lógicas “OR” con más entradas, como por ejemplo veamos a
continuación una compuerta “OR” con 4 entradas.
Para hacer las pruebas en este
video, vamos a utilizar el circuito integrado 74LS32, que sería una
compuerta lógica “OR”, en su interior tiene 4 compuertas lógicas, y tiene dos pines
de alimentación (pin 14 a 5v+ y el pin 7 a negativo), a continuación, les dejo
el diagrama del CI 74LS32.
Ahora vamos hacer las pruebas
de la compuerta lógica “OR”, para ver si esta operativa o averiada, a continuación,
les dejo los diagramas de cómo realizar las pruebas de cada compuerta lógica,
tengan en cuenta que al momento de hacer las pruebas deben usar su tabla de
verdad y el circuito se alimenta con 5v DC.
Los materiales que estamos utilizando
son los siguientes:
- 1 CI 74LS32.
- 3 diodos leds.
- 1 protoboard.
- 2 pulsadores NA.
- 3 resistencias de 330Ω.
- Y Cables pequeños para realizar los puentes.
Por aquí les dejo una imagen
de como me quedo mi circuito en la protoboard, pueden hacerlo de la misma
forma.
A continuación, les dejo el
video donde explicamos paso a paso de como funciona una compuerta lógica “OR”.
Video.
4.-COMPUERTA
LÓGICA NOR:
La compuerta NOR es una combinación de las compuertas OR
y NOT, en otras palabras, es la versión inversa de la compuerta OR.
Al tener sus entradas en estado inactivo “0” su salida estará en un estado
activo “1”, pero si alguna de las entradas pasa a un estado binario “1” su
salida tendrá un estado inactivo “0”.
A continuación, se muestra el símbolo:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Símbolo, tabla de verdad y
función lógica:
COMPUERTA
NOR DE 3 ENTRADAS.
Es
posible encontrar compuertas NOR con 3 entradas. La expresión del algebra
booleana de la compuerta NOR de 3 entradas es igual a inversa o negada de la
suma de sus entradas.
Al tener un estado lógico “1” en alguna de sus entradas obtendremos a la salida un estado lógico “0” o inactivo, para tener la salida activa es necesario que todas las entradas se encuentren en un estado lógico “0”.
A continuación, también les
dejo una compuerta lógica “NOR” con 4 entradas.
Ejercicios con la compuerta lógica
“NOR”, también pueden hacer mas ejercicios en modo de practica y así van aprendiendo
su función lógica de la compuerta.
CI 74LS02 COMPUERTA LOGICA NOR: El
74LS02 es un circuito integrado “CI” con
encapsulado DIP de 14 pines. Es una compuerta lógica digital que incorpora
internamente 4 compuertas de tipo NOR. La compuerta NOR es una combinación de
las compuertas OR y NOT, en otras palabras, la compuerta NOR es la versión
inversa de la compuerta OR.
A
continuación, les dejo el diagrama del CI 74LS02.
Y los diagramas de conexión de
cada compuerta lógica del CI 74LS02 es la siguiente, así pueden probar
una compuerta lógica NOR.
Los materiales que estamos utilizando
son los siguientes:
- 1 CI 74LS02.
- 3 diodos leds.
- 1 protoboard.
- 2 pulsadores NA.
- 3 resistencias de 330Ω.
- Y Cables pequeños para realizar los puentes.
Por aquí les dejo una imagen
de cómo me quedo mi circuito en la protoboard, pueden hacerlo de la misma
forma.
A continuación, les dejo el
video donde explicamos paso a paso de cómo funciona una compuerta lógica “NOR”.
Video.
6.-COMPUERTA
LÓGICA XOR:
La puerta “XOR”, compuerta “XOR” u “OR” exclusiva es una puerta lógica digital que implementa el o exclusivo; es decir, una salida verdadera (1) resulta si una, y solo una de las entradas a la puerta es verdadera. Si ambas entradas son falsas (0) o ambas son verdaderas (1), resulta en una salida falsa. La “XOR” representa la función de la desigualdad, es decir, la salida es verdadera si las entradas no son iguales, de otro modo el resultado es falso. Una manera de recordar XOR es "uno o el otro, pero no ambos".
Las compuertas XOR es una variante de las compuertas OR con una función muy útil: implementan la suma binaria de 2 variables. Su símbolo es una variante del símbolo de la función OR y se denota con ⊕ (más dentro de un círculo). La expresión asociada a la función que realiza una compuerta XOR se escribe como: Y = A ⊕ B.
El símbolo de la compuerta lógica “XOR”
se muestra a continuación:
Y
su tabla de verdad es la siguiente:
Símbolo, tabla de verdad y
función lógica:
Compuerta lógica XOR, representada en un circuito electrónico.
La compuerta lógica “XOR” también puede
ser representa con interruptores, como vemos en la siguiente imagen, tenemos 2 interruptores
en serie, y a la vez estas 2 series están en paralelo, este circuito lo puedes
probar en la parte física con interruptores y va a funcionar, les dejo a continuación
los diagramas, son 4 diagramas para una compuerta lógica XOR de 2 entradas.
Ahora por aquí les dejo una compuerta lógica “XOR”
con 3 entradas:
Y también una compuerta lógica “XOR” con
4 entradas, esto es a modo de practica para ir aprendiendo el funcionamiento de
esta compuerta lógica:
Ejercicios con la compuerta
lógica “XOR”, también pueden hacer más ejercicios a modo de practica y
así van aprendiendo su función lógica de esta compuerta lógica.
Compuerta lógica “XOR”, CI 74LS86.
El circuito integrado 74LS86 Compuerta XOR o SN74LS86N es un circuito integrado que incorpora cuatro compuertas OR exclusivas con dos entradas. Realizan las funciones booleanas en lógica positiva. Una aplicación común es como un elemento complemento/verdadero.
Sirve para realizar distintas prácticas de
electrónica para poder tener cualquier función lógica. Este tipo de compuertas
son fáciles de utilizar ya que pueden conectarse en una protoboard y
con ayuda de cables de conexión se puede realizar diferentes conexiones
entre las compuertas.
Características:
Ø Tipo: TTL
Ø Familia: LS
Ø Tipo de lógica: XOR/Lógica Directa
Ø Voltaje de operación: 5.25 V a 4.75 V
Ø Corriente: 8 mA
Ø Temperatura de trabajo: 75 °C a 0 °C
Ø No. de Entradas: 2
Ø No. de Salidas: 1
Ø Compuertas: 4
Ø Pines: 14
Ø Tipo de encapsulado: DIP
A continuación, les dejo el diagrama del
circuito integrado 74LS86.
Y los diagramas de conexión
de cada compuerta lógica del CI 74LS86 son las siguiente, así pueden
probar una compuerta lógica XOR.
A continuación, les dejo los materiales que estamos utilizando para este circuito:
- 1 CI 74LS86.
- Ø 3
diodos leds.
- Ø 1
protoboard.
- Ø 2
pulsadores NA.
- Ø 3
resistencias de 330Ω.
- Ø Y
Cables pequeños para realizar los puentes.
- Ø 1
Fuente de 5v.
Por aquí les dejo unas imágenes
de cómo me quedo mi circuito en la protoboard, pueden hacerlo de la misma
forma.
A continuación, les dejo el video donde aquí explicamos paso a paso el funcionamiento de la compuerta lógica XOR, les recomiendo ver del video.
Video:
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