Práctica

PRESENTACIÓN
En el Tecnológico Nacional de México se hace necesario continuar con el proceso de

superación académica y profesional de los profesores; actualizar los contenidos de
los planes y programas de estudio y desarrollar enfoques educativos flexibles
centrados en el aprendizaje que desarrollen en los estudiantes capacidades y
competencias para aprender a lo largo de la vida, así como el desarrollo de
ambientes y escenarios de aprendizaje que faciliten la construcción y el acceso al
conocimiento [1].
Objetivo
El objetivo general de este manual de, es guiar al alumno de la carrera de Ingeniería
Electrónica (IELC – 2010 – 211) del Instituto Tecnológico de Veracruz, para la
ejecución de prácticas de laboratorio de la asignatura de Diseño Digital (ETF – 1014)
y que forme parte de su material didáctico para alcanzar la competencia del saber
hacer de una forma ordenada.
Para lograrlo, se presentan 14 experimentos de laboratorio en circuitos digitales y
diseño lógico, que proporcionarán una experiencia práctica para el estudiante.
Los circuitos digitales pueden construirse usando circuitos integrados estándar (CI)
montados en tableros (protoboard) que se ensamblan con facilidad en el laboratorio.
La simulación se realiza en el programa computacional Proteus y QuartusII es
utilizado para el lenguaje VHDL. Los experimentos están ordenados de acuerdo con
el material presentado en clase.
Justificación
La asignatura de Diseño Digital es la base para la comprensión de cualquier sistema

electrónico digital, permite que el alumno conozca los principios básicos del
funcionamiento de un sistema digital para que pueda relacionarlo con el diseño de
sistemas digitales complejos y establece el vínculo para el diseño de los circuitos
electrónicos digitales con el uso de microcontroladores, FPGA’s, CPLD’s y la
electrónica analógica.
La asignatura de Diseño Digital aporta al perfil del Ingeniero Electrónico la capacidad

de programar, diseñar y construir sistemas digitales. El saber hacer se apoya en la
estrategia didáctica basada en alcanzar objetivos específicos por cada práctica de
laboratorio; el desarrollo de un manual de prácticas que guie al alumno, le permitiría
alcanzar la competencia requerida en el programa de estudios, coadyuvando con
esto a las metas del Instituto Tecnológico de Veracruz y del Tecnológico Nacional de
México (TecNM).
Manual de Prácticas de Diseño Digital
Aportación de la asignatura al perfil de egreso [2]
 Diseñar, analizar y construir equipos y/o sistemas electrónicos digitales para la

solución de problemas en el entorno profesional, aplicando normas técnicas y
estándares nacionales e internacionales.
 Comunicarse con efectividad en forma oral y escrita en el ámbito profesional
tanto en su idioma como en un idioma extranjero.
 Simular modelos de sistemas electrónicos lógicos que permitan predecir su
comportamiento empleando plataformas computacionales.
 Aplicar los conocimientos básicos en circuitos integrados en tecnologías SSI y
MSI, para el análisis, adaptación, operación, mantenimiento y diseño de los
sistemas digitales combinacionales y secuenciales.
 Identificar y comprender el funcionamiento básico de los Dispositivos Lógicos
Programables (CPLD’s y FPGA’s) y su aplicación en los circuitos electrónicos
combinacionales y secuenciales.
Descripción general del contenido de la materia [2]
La asignatura presenta los fundamentos de diseño de los sistemas digitales,

partiendo de las bases clásicas del diseño digital, para posteriormente implementar
circuitos combinacionales y secuenciales en SSI (Integración a Pequeña Escala) y
MSI (Integración a Mediana Escala), hasta el uso de dispositivos lógicos
programables y los fundamentos del lenguaje de descripción de hardware para
circuitos combinacionales.
Relación con otras asignaturas [2]
Esta materia es el prerrequisito de materias como Diseño Digital con VHDL,

Microcontroladores y Controladores Lógicos Programables en los temas de diseño e
implementación de circuitos digitales desarrollando las competencias específicas de
análisis, diseño e implementación de circuitos digitales, que le servirán de base para
cursar el Módulo de Especialidad de Sistemas Digitales vigente para el Programa de
Ingeniería Electrónica hasta el año 2020.
2
Intención didáctica [2]
El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas

promuevan el desarrollo de competencias para la experimentación, tales como:
identificación, manejo y control de la información relevante, planteamiento de
hipótesis, trabajo en equipo, asimismo, propicien procesos intelectuales como
inducción – deducción y análisis – síntesis con la intención de generar una actividad
intelectual compleja; por esta razón varias de las actividades prácticas se han
descrito de manera que sean una oportunidad para conceptualizar a partir de lo
observado.
Competencias a desarrollar [2]
 Conocer, comprender, analizar, diseñar y simular circuitos digitales básicos,

combinacionales, secuenciales síncronos y además conocer los fundamentos
del lenguaje VHDL para circuitos combinacionales en sistemas digitales.
 Construir prototipos con las bases de diseño digital para desarrollar su
capacidad creativa y emprendedora.
Competencias previas [2]
 Operar equipos de medición electrónica.

 Elaborar reportes técnicos.
 Trabajar en equipo.
 Interpretar y aplicar especificaciones de manuales técnicos.
 Manejar un lenguaje de programación estructurado.
Estructura del Manual de Prácticas
El manual de prácticas consta de 14 prácticas de laboratorio, ordenadas según el

contenido marcado en el programa oficial de la materia. Cada uno de los temas es
explicado en clase, se resuelven problemas en el aula y como tarea, posteriormente
se realiza la práctica de laboratorio para comprobar que la teoría corresponde a la
aplicación de cada conocimiento previamente estudiado. Además se propone realizar
la práctica con los componentes y verificarla con el simulador Proteus y el lenguaje
de descripción de hardware VHDL.
3
PRÁCTICA No. 1
COMPUERTAS DIGITALES LÓGICAS.
Competencia específica a desarrollar.

 Identificar y comparar las familias de las compuertas lógicas.
 Realizar demostraciones de teoremas y postulados del Álgebra de Boole.
Competencias genéricas a desarrollar.
 Capacidad cognitiva para comprender y manipular ideas, pensamientos e
información.
 Capacidad de análisis y síntesis.
 Capacidad para aprender.
 Capacidad crítica y autocrítica.
 Trabajo en equipo.
Introducción.
Una compuerta es un bloque que representa una operación lógica que responde con
un nivel lógico 1 o 0, según la información presente en sus entradas. La lógica
binaria es semejante a la aritmética binaria y, las operaciones AND y OR,
consideradas como las operaciones básicas, tienen ciertas similitudes con la
multiplicación y la suma, respectivamente. De hecho, los símbolos que se utilizan
para AND y OR son los mismos que se usan para la multiplicación y la suma.
Para cada combinación de los valores de las entradas x y y, hay un valor de la salida
z especificado por la definición de la operación lógica. Estas definiciones pueden
observarse en la tabla de verdad, que establece las relaciones entre las entradas y
las salidas.
Se recomienda que antes de comenzar a resolver este manual, el alumno consulte el
Anexo 1 para familiarizarse con el contenido de la materia, el equipo y el material que
se utilizará.
Objetivo.
El alumno investigará el comportamiento lógico de diversas compuertas para
identificarlas, reconocer su funcionamiento y comprobar sus tablas de verdad,
además implementará un contador binario.
Aplicación en el contexto.
Está relacionado con los subtemas 1.5 Compuertas lógicas, 1.6 Familias lógicas de
circuitos integrados y 1.7 Álgebra booleana.
4
Medidas de seguridad e higiene.

Esta práctica de laboratorio no requiere de medidas de seguridad especiales, sin
embargo se recomienda acatar todo lo dispuesto en el Reglamento del Laboratorio
de Ingeniería Electrónica (Anexo 2).
Equipo y material requerido.
 Osciloscopio
 Generador de funciones.
 Puntas para osciloscopio y generador de funciones
 Multímetro digital
 Fuente de voltaje DC (fija de 5 volts y variable 0 a 12 volts).
 LEDs
 Resistencias de 220Ω
 Protoboard
 Alambre estañado calibre 22
 Caimanes
 Compuertas digitales lógicas (CI):
7400 Compuertas NAND de 2 entradas.
7402 Compuertas NOR de 2 entradas.
7404 Inversores.
7408 Compuertas AND de 2 entradas.
7432 Compuertas OR de 2 entradas.
7486 Compuertas XOR de 2 entradas.
Las asignaciones de terminales de las diversas compuertas se señalan en la figura 1
del Anexo 1.
Metodología
El alumno realizará los siguientes experimentos como parte de la práctica.
Tablas de Verdad.
Utilice una compuerta de cada CI de la lista anterior y obtenga la tabla de verdad
para la compuerta. La tabla se obtiene conectando las entradas de la compuerta a
VCC (1 lógico) o a tierra (0 lógico), y la salida a una resistencia de 220Ω y a un LED.
Mida el voltaje a la salida y escríbalo en la tabla de verdad.
5
Explique por qué los valores de voltaje para los niveles 1 y 0 lógicos no son iguales
en las entradas y en la salida.
Tabla de verdad para una función de 2 entradas
x Y Salida
0 0 V
0 1 V
1 0 V
1 1 V
V = Valor de salida en Volts
Valores VLH y VHL

En este experimento, el alumno identificará los valores prácticos que se reconocen
como VLH (Voltaje máximo de nivel bajo) y VHL (Voltaje mínimo de nivel alto) para la
Familia TTL. Para esto, deberá conectar una compuerta AND y una compuerta OR
como se muestra en las figuras 1.1 (a) y 1.1 (b). En el caso de la compuerta AND,
una de las entradas se conecta a Vcc y la otra entrada a una fuente variable,
comenzando de 5 Volts; el voltaje en la fuente variable se va disminuyendo hasta
que el LED se apague, en el momento en que el LED se apaga es porque reconoce
en su entrada un “0” lógico; en ese instante se mide el valor presente en la fuente
variable, hallando así el valor de voltaje máximo que se reconoce como “0” lógico.
220Ω
Vcc
Figura 1.1 (a) Compuerta AND para determinar VLH
Valor teórico (Volts) Valor real (Volts)
6
Para el caso de la compuerta OR, el procedimiento es similar, ahora una entrada

está conectada a tierra y la otra entrada a una fuente variable, comenzando en 0
Volts; el voltaje en la fuente variable va aumentando hasta el momento en que el
LED se encienda, en el momento en que el LED se enciende es porque reconoce en
su entrada un “1” lógico; en ese instante se mide el valor presente en la fuente
variable, hallando así el valor de voltaje mínimo que se reconoce como “1” lógico.
220Ω
Fig. 1.1 (b) Compuerta OR para determinar VHL
Valor teórico (Volts) Valor real (Volts)
Retardo de Propagación.
Conecte en cascada los seis inversores del CI 7404 como se muestra en la figura
1.2. La salida será igual a la entrada, sólo que se retrasará por el tiempo que la señal
tarda en propagarse por los seis inversores. Aplique pulsos de reloj a la entrada del
primer inversor. Con el osciloscopio, determine el retardo desde esa entrada del
primer inversor hasta la salida del sexto inversor, durante el cambio de 1 a 0 y
posteriormente de 0 a 1 del pulso. Esto se hace con un osciloscopio de doble canal,
aplicando los pulsos de reloj de entrada (generador de funciones) al canal 1, y la
salida del sexto inversor al canal 2. El control de base de tiempo se debe ajustar a la
posición de tiempo por división más baja. El tiempo de ascenso o descenso de los
pulsos deberá aparecer en la pantalla. Divida el retardo total entre seis para obtener
el retardo de propagación promedio por inversor.
7
In Out
0 1 0 1 0 1 0
Figura 1.2 Retardo de propagación
Compuerta NAND Universal.
Para comprobar la universalidad de la compuerta NAND, se utilizará un solo CI 7400,

conectándolo adecuadamente para construir un circuito que produzca:
 Un inversor
 Una compuerta AND de dos entradas.
 Una compuerta OR de dos entradas.
 Una compuerta NOR de dos entradas.
 Una compuerta XOR de dos entradas
En cada caso, verifique el circuito mediante su tabla de verdad.
8
Circuito NAND.
Utilizando un solo CI 7400, construya un circuito con compuertas NAND que
implemente la función booleana:
F = AC + BD
1. Dibujar el diagrama del circuito.
2. Preparar la tabla de verdad de F en función de las cuatro entradas.
3. Conectar las cuatro salidas del contador binario de la figura 3 del Anexo
1, a las cuatro entradas del circuito NAND y la salida a un LED, con su
respectiva resistencia.
4. Verificar la tabla de verdad.
Sugerencias didácticas
 Propiciar la investigación mediante la búsqueda y selección de los temas de la
práctica.
 Estimular al alumno al desarrollo de su pensamiento lógico y creativo.
 Estimular el trabajo en equipo.
 Promover la solución de problemas referentes a temas vistos en clase.
Reporte del alumno

Deberá realizarlo bajo las especificaciones del Anexo 3
Bibliografía
Mano, M. Morris, (2003), Diseño Digital, México, tercera edición Ed.
Pearson / Prentice Hall
TTL Data Book, Texas Instruments
FAST and LS TTL Data, Motorola
9
PRÁCTICA NO. 2
SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES BOOLEANAS CON ÁLGEBRA DE BOOLE
Competencias específicas a desarrollar.

 Realizar demostraciones de teoremas y postulados del Álgebra de Boole.
 Realizar reducciones de funciones lógicas mediante Álgebra Booleana.
 Ensamblar circuitos digitales a partir de la minimización de funciones lógicas
para adquirir la destreza en el armado de circuitos electrónicos digitales.
información.
Introducción.
El álgebra booleana es una estructura definida en un conjunto de dos elementos B (1
y 0), junto con dos operadores binarios básicos (+ y x) que deben satisfacer los
teoremas y postulados de Boole y Huntington; quienes introdujeron el tratamiento
sistemático de la lógica binaria y desarrollaron el sistema algebraico.
Objetivo.
Comprobar la relación entre una función booleana y el diagrama lógico
correspondiente. Las funciones booleanas se simplifican con Álgebra de Boole. Los
diagramas lógicos se dibujan empleando compuertas NAND.
Está relacionado con los subtemas 1.7 Álgebra booleana; Postulados y teoremas
booleanas y la simplificación de funciones. 2.2 Implementación de funciones
empleando compuertas NAND y NOR.
10
Equipo y material requerido:

 Fuente de voltaje DC (fija de 5 volts).
 Compuertas lógicas digitales
7400 NAND de 2 entradas.
7404 Inversor (NAND de 1 entrada).
7410 NAND de 3 entradas.
 LEDs
 Protoboard
Metodología
El análisis de un circuito combinacional requiere deducir la función que realiza, se
parte de un diagrama lógico y termina con la obtención de las funciones, una tabla de
verdad o la explicación de su función. El procedimiento para realizar el análisis es el
siguiente:
 Etiquetar cada una de las variables de entrada con un símbolo de letra.
 Determinar y etiquetar las funciones booleanas para cada salida de las
compuertas.
 Etiquetar con otros símbolos las salidas que son función de variables de
entrada y compuertas previamente etiquetadas. Obtener la función booleana
para cada salida.
 Continuar con este procedimiento hasta llegar a las salidas del circuito.
 Obtener las funciones booleanas de salida simplificadas en términos de las
variables de entrada, utilizar los teoremas y postulados del Álgebra de Boole.
 Derivar la tabla de verdad y comprobar el funcionamiento del circuito.
Utilizando los Circuitos Integrados señalados en la práctica, o justificando algún
equivalente, implementar el circuito utilizando el simulador Proteus para comprobar
su correcto funcionamiento y verificar sus tablas de verdad.
11
Diagrama lógico.
Este segmento del experimento parte del diagrama lógico mostrado en la figura 2.1,
al que se aplicará el procedimiento de análisis y simplificación para reducir el
número de compuertas y el número de circuitos integrados. El diagrama lógico de la
figura 2.1 (a) requiere dos CI, un 7400 y un 7410. Los inversores para las entradas x,
y y z se obtienen de las tres compuertas restantes del CI 7400. Si los inversores se
tomaran de un CI 7404, el circuito habría requerido tres CI.
Asigne números de terminal a todas las entradas y salidas de las compuertas y
conecte el circuito de modo que las entradas x, y y z se tomen de las tres salidas
menos significativas del contador binario y la salida F vaya a un LED. Pruebe el
circuito para obtener su tabla de verdad.
Obtenga la función booleana del circuito y simplifíquelo con el Álgebra de Boole.
Construya el circuito simplificado sin desconectar el circuito original. Pruebe ambos
circuitos aplicando entradas idénticas a los dos y observe las salidas. Demuestre que
para cada una de las ocho posibles combinaciones de entrada, los dos circuitos
tienen idéntica salida. Esto demostrará que el circuito simplificado se comporta
exactamente igual que el original, por lo tanto, son equivalentes.
Nota: Si no se usa una entrada de una compuerta NAND, no debe dejarse abierta.
Debe conectarse a otra entrada que sí se use.
Figura 2.1 Diagrama lógico de la práctica 2
12
Función Lógica
Utilizando Álgebra de Boole, obtenga la función simplificada de la siguiente
expresión:
F1 = x’ y’ z + x’ y z + x y’
Construya el circuito simplificado sin desconectar el circuito original. Pruebe ambos

circuitos aplicando entradas idénticas a los dos y observe las salidas. Demuestre que
para cada una de las ocho posibles combinaciones de entrada, los dos circuitos
tienen idéntica salida. Esto demostrará que el circuito simplificado se comporta
exactamente igual que el original, por lo tanto, son equivalentes.
práctica.
 Fomentar el uso de software en el diseño de sistemas digitales.
Reporte del alumno

Deberá realizarlo bajo las especificaciones del Anexo 3.
Bibliografía

TTL Data Book Texas Instruments
13
PRÁCTICA NO. 3
SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES BOOLEANAS POR MAPA DE KARNAUGH
Competencias específicas a desarrollar:

 Analizar, desarrollar y resolver minimizaciones de funciones lógicas utilizando
diferentes métodos para optimizar la implementación de circuitos digitales.
 Ensamblar circuitos digitales a partir de la minimización de funciones lógicas
para adquirir la destreza en el armado de circuitos electrónicos digitales.
Competencias genéricas a desarrollar
información.
Introducción:
Un mapa de Karnaugh es la representación gráfica de una tabla de verdad. Este
método de simplificación es gráfico, por lo tanto, mucho más sencillo que el Álgebra
de Boole. Para utilizar este método es necesario expresar las funciones booleanas
en forma canónica, ya sea en suma de productos (mintérminos) o producto de sumas
(maxtérminos).
Objetivo:
Este experimento ilustra la relación entre una función booleana y su simplificación
utilizando el método de Mapa de Karnaugh. Los diagramas lógicos se dibujan
empleando compuertas NAND.
Aplicación en el contexto:
Está relacionado con los subtemas 2.1 Minimización de funciones, 2.1.1 Mintérminos
y maxtérminos, 2.1.2 Mapa de Karnaugh y 2.2 Implementación de funciones
empleando compuertas NAND y NOR.
Medidas de seguridad e higiene:
14

 Fuente de voltaje DC (fija de 5 volts)
 LEDs
 Protoboard
 Compuertas lógicas digitales (CI), de acuerdo a la especificación de cada
experimento.
Metodología:
El procedimiento para simplificar funciones utilizando el Mapa de Karnaugh es el
siguiente:
1. Vaciar los 1’s de la función en el Mapa.
2. Agrupar los 1’s de la función:
a. Que sean adyacentes,
b. Una celda puede agruparse todas las veces que sea
necesario,
c. Los grupos deben ser columnas, renglones o cuadros,
d. Los grupos deben ser de 1, 2, 4, 8, 16… 2n celdas.
3. Hacer el menor número de agrupaciones posible que incluyan
todos los 1’s de la función. (Cada grupo es una compuerta).
4. Hacer las agrupaciones lo más grande que se pueda. 2n = x,
donde x es el número de celdas agrupadas y n es el número de
variables que desaparecen.
Funciones en forma canónica

Dadas las dos funciones booleanas en suma de mintérminos:
F1 (A, B, C, D) =  (0, 1, 4, 5, 8, 9, 10, 12, 13)
F2 (A, B, C, D) =  (3, 5, 7, 8, 10, 11, 13, 15)
15
Simplifique las dos funciones con la ayuda de Mapas de Karnaugh. Obtenga un

diagrama lógico compuesto con cuatro entradas, A, B, C y D, y dos salidas F 1 y F2.
Implemente juntas las dos funciones utilizando un mínimo de circuitos integrados
NAND. No duplique una compuerta si el término correspondiente se requiere para
ambas funciones. En la medida de lo posible, utilice las compuertas sobrantes de los
CI existentes, si las hay, como inversores. Conecte el circuito a su contador binario y
verifique su operación. La tabla de verdad para F1 y F2 obtenida del circuito deberá
coincidir con los mintérminos numerados.
Complemento.
Grafique esta función booleana en un mapa de Karnaugh:
F = A’ D + B D + B’ C + A B’ D
Combine los unos del mapa para obtener la función simplificada F en suma de
productos. Luego combine los ceros para obtener la función simplificada F’ también
en suma de productos. Implemente tanto F como F’ utilizando compuertas NAND y
conecte las variables de entrada de los dos circuitos a las salidas del contador
binario para obtener las combinaciones de entrada y conecta las salidas a sus
respectivos LEDs. Observe la tabla de verdad de cada circuito y demuestre que una
salida es el complemento de la otra.
práctica.
Reporte del alumno
Deberá realizarlo bajo las especificaciones del Anexo 3
Bibliografía
16
PRÁCTICA NO. 4
DISEÑO DE CIRCUITOS COMBINACIONALES SSI

 Implementar circuitos básicos combinacionales de baja escala de integración
para el diseño de sistemas digitales.
información.
Introducción.
Los circuitos lógicos en sistemas digitales se dividen en dos tipos: combinacionales y
secuenciales. Los circuitos combinacionales son un conjunto de variables de entrada,
compuertas lógicas y variables de salida; su característica principal es que la salida
depende únicamente de la combinación binaria que hay en la entrada. La figura 4.1
muestra un diagrama a bloques de un circuito combinacional.
Figura 4. 1. Esquema básico de un circuito combinacional
Objetivo.
Diseñar, implementar y probar circuitos combinacionales de bajo costo, minimizando
el número de compuertas requeridas.
Está relacionado con el subtema 2.2 Implementación de funciones empleando
compuertas NAND y NOR y el tema 3 Diseño combinacional en SSI.
17

 LEDs
 Protoboard
experimento.
Metodología.
El procedimiento de diseño de un circuito combinacional es el siguiente:
1. Enunciar el problema.
2. Determinar el número de variables de entrada disponibles y el número de
variables de salida requeridas.
3. Asignar un nombre de letra a cada variable, de preferencia que esté
relacionado a la función que realiza.
4. Deducir la tabla de verdad que establezca las relaciones entrada – salida.
5. Obtener, por cualquier método de simplificación, las funciones booleanas para
cada salida.
6. Dibujar el diagrama lógico.
En este experimento el alumno diseñará, construirá y probará cuatro circuitos de
Lógica Combinacional. Los dos primeros se construirán con compuertas NAND, el
tercero con compuertas XOR, y el cuarto, con cualquier tipo de compuerta.
Utilizando el lenguaje de descripción de hardware VHDL, elaborar los códigos que
describan el comportamiento de los diseños de los cuatro circuitos combinacionales.
18
Ejemplo de diseño
Diseñar un circuito combinacional con cuatro entradas – A, B, C y D – y una salida F.

F debe ser 1 cuando:
a) A = 1, siempre que B = 0, o
b) Cuando B = 1, siempre que C o D también sean 1. De lo contrario, la
salida debe ser 0.
Lógica mayoritaria
Una lógica mayoritaria es un circuito digital cuya salida es 1 si la mayoría de las

entradas es 1. En caso contrario, la salida es 0. Diseñe y pruebe un circuito
mayoritario de tres entradas utilizando compuertas NAND con el mínimo de circuitos
integrados.
Generador de paridad
Diseñe, construya y pruebe un circuito que genere un bit de paridad par a partir de
cuatro bits de mensaje. Use compuertas XOR. Añada una compuerta XOR más para
ampliar el circuito de modo que también genere un bit de paridad impar.
Elevador al cuadrado
Diseñe un circuito combinacional que acepte un número de tres bits y genere una
salida de número binario igual al cuadrado del número de entrada.

práctica.
Bibliografía

Maxinez, David G., (2013), Programación de Sistemas Digitales con
VHDL, México, primera edición, Grupo Editorial Patria
TTL Data Book Texas Instruments
19
PRÁCTICA NO. 5
CONVERTIDORES DE CÓDIGO Y EXHIBIDOR DE 7 SEGMENTOS (DISPLAY)

 Implementa circuitos básicos combinacionales de Baja y Mediana Escala de
Integración (SSI y MSI respectivamente) para el diseño de sistemas digitales.
información.
Introducción.
Un convertidor de código es un circuito lógico que cambia datos presentados en un
tipo de código binario a otro tipo de código binario. Se utiliza para hacer compatibles
dos sistemas digitales.
Objetivo.
Diseñar, implementar y comprobar el funcionamiento de circuitos combinacionales
convertidores de código.
Está relacionado con el subtema 2.2 Implementación de funciones empleando
compuertas NAND y NOR y el tema 3 Diseño combinacional en SSI.
 LEDs
20
 Exhibidor de siete segmentos (Display)

 Protoboard
experimento.
Metodología.
Aplicando el procedimiento de diseño de circuitos combinacionales, el alumno
diseñará dos circuitos convertidores de código SSI y un circuito MSI.
describan el comportamiento de los diseños de los circuitos combinacionales.
Código Gray a Binario.
Diseñe un circuito combinacional con cuatro entradas y cuatro salidas que convierta
un número de cuatro bits en código Gray en el número binario de cuatro bits
equivalente. Implemente el circuito con compuertas XOR. Conecte las entradas del
circuito al contador binario y las salidas a cuatro LEDs y verifique que funcione
correctamente.
Complemento a nueve.
Diseñe un circuito combinacional con cuatro líneas de entrada, las cuales
representan un dígito decimal en BCD, y cuatro líneas de salida que generan el
complemento a nueve del dígito de entrada. Incluya una quinta salida que detecte
errores en el número BCD de entrada. Esta salida deberá ser 1 lógico si las cuatro
entradas tienen una de las combinaciones prohibidas el código BCD. Utilice cualquier
tipo de compuertas, pero use el número mínimo posible de CI.
Exhibidor de siete segmentos (Display).
Los indicadores de siete segmentos sirven para exhibir cualquiera de los dígitos
decimales, de 0 a 9. Por lo regular, el dígito decimal está en BCD. Un decodificador
de BCD a siete segmentos, acepta un dígito decimal en BCD y genera el código
correspondiente para siete segmentos.
La figura 5.1 muestra las conexiones necesarias entre el decodificador y el exhibidor.
El CI 7447 es un decodificador de BCD a siete segmentos. Tiene cuatro entradas
para el dígito BCD. La entrada D es la más significativa, y la A, la menos significativa.
El dígito BCD de cuatro bits se convierte en un código de siete segmentos en las
21
salidas a-g. Las salidas del 7447 se aplican a las entradas del exhibidor de siete
segmentos 7730 (o su equivalente). Este CI contiene los siete segmentos LED en la
cara superior del paquete. La terminal 14 es el ánodo común (CA) para todos los
LED. Hay que conectar una resistencia de 47Ω a Vcc para alimentar la corriente
debida a los segmentos LED seleccionados.
Construya el circuito que se muestra en la figura 5.1. Aplique los dígitos BCD de
cuatro bits a través del contador binario y observe la exhibición decimal del 0 al 9.
Las entradas 10 a 15 carecen de significado en BCD. Dependiendo del
decodificador, estos valores podrían poner en blanco el exhibidor o generar un patrón
sin significado. Observe y registre los patrones de salida que se exhiben con las seis
combinaciones de entrada no utilizadas.
Figura 5.1 Decodificador BCD a siete segmentos (7447) y

Exhibidor de siete segmentos (7730)
Sugerencias didácticas.
práctica.
22
Reporte del alumno.

Bibliografía.


23
PRÁCTICA NO. 6
SUMADORES Y RESTADORES

 Implementar circuitos básicos combinacionales de Baja Escala de Integración
(SSI) para el diseño de sistemas digitales.
 Implementar circuitos básicos combinacionales de Mediana Escala de
Integración (MSI) para el diseño de sistemas digitales.
información.
Introducción.
La suma y la resta pueden considerarse como las operaciones aritméticas básicas.
En las computadoras digitales los números binarios se representan mediante un
conjunto de dispositivos de almacenamiento binario (esto es, flip flop). Cada
dispositivo representa un bit. Debido a que las computadoras y calculadoras digitales
manejan tanto números negativos como positivos, se requiere de algún medio para
representar el signo del número (+ o -). Por lo general, esto se lleva a cabo
agregando al número otro bit llamado bit de signo. En general, un 0 en el bit de signo
representa un número positivo, y un 1 en el bit de signo representa un número
negativo.
Si los bits de magnitud son el equivalente binario del valor decimal que representan,
y el bit de signo me indica que es positivo o negativo, este sistema se llama de signo-
magnitud. Este método no se utiliza debido a que la implementación del circuito es
muy compleja.
El sistema de uso más común para representar números binarios con signo es el
sistema de complemento a 2.
Objetivo.
Investigar, identificar y realizar operaciones aritméticas en binario utilizando números
positivos y negativos.
24
Temas 3 y 4, el medio sumador y el sumador completo son circuitos combinacionales
SSI, y el sumador paralelo es MSI
 LEDs
 Protoboard
experimento.
Metodología.
De acuerdo a los temas vistos en clase, el alumno construirá los sumadores para
verificar el funcionamiento. En este experimento, el alumno construirá y probará
diversos circuitos sumadores y restadores, identificará las variables de entrada y
salida involucradas.
describan el comportamiento de los circuitos sumadores y restadores.
Semisumador.
Diseñe, construya y pruebe un circuito combinacional semisumador (un circuito que
suma dos dígitos binarios), utilizando una compuerta XOR y dos compuertas NAND.
Sumador Completo.
Diseñe, construya y pruebe un circuito combinacional sumador completo (un circuito
que suma tres dígitos binarios, dos dígitos significativos y un acarreo que se lleva
previo), utilizando compuertas XOR y NAND.
25
Sumador Paralelo
El IC 7483 es un sumador binario paralelo de 4-bit. Su construcción interna es similar
a la que se muestra en la figura 6.1. La asignación de terminales se ilustra en la
figura 6.2. Los números de las terminales en las dos entradas binarias de 4-bit son
desde A0 hasta A3 y desde B0 hasta B3, donde el subíndice 0 indica el bit menos
significativo. La suma de 4-bit se obtiene desde S0 hasta S3. C0 es la entrada del
acarreo y C4 es la salida del acarreo.
Pruebe el funcionamiento del sumador binario de 4-bit 7483. Conecte las cuatro
entradas A a un número binario fijo y las entradas B al contador binario. Las cinco
salidas se conectan a LEDs. Realice la suma de unos cuantos números binarios y
compruebe que la suma en la salida y la salida del acarreo dan los valores
apropiados. Demuestre que cuando el acarreo de entrada es igual a 1, añade 1 a la
suma de salida.
Figura 6.1 Construcción interna del sumador binario paralelo de 4 bits
Figura 6.2 Asignación de terminales del sumador binario paralelo de 4 bits
26
Sumador-restador
La sustracción de dos números binarios puede hacerse tomando el complemento a 2
del sustraendo y agregándolo al minuendo. El complemento a 2 puede obtenerse
tomando el complemento a 1 y sumando 1 al dígito menos significativo. Para realizar
A – B, se complementan los cuatro bits de B, se añaden a los cuatro bits de A, y se
agrega 1 a través de la entrada del acarreo. Esto se hace como se muestra en la
figura 6.3. Las cuatro compuertas XOR complementan los bits de B cuando el modo
seleccionado M = 1 (ya que x ⊕ 1 = x’) y deja los bits de B sin cambio cuando M = 0
(ya que x ⊕ 0 = x). Así, cuando el modo seleccionado M es igual a 1, la entrada del
acarreo C0 es igual a 1 y la salida de suma es A más el complemento a 2 de B.
Cuando M es igual a 0, la entrada del acarreo es igual a 0 y la suma genera A + B.
Conecte el circuito sumador-restador y pruébelo para verificar su operación
apropiada. Conecte las cuatro entradas A a un número binario fijo y las entradas B al
contador binario. Realice las operaciones y registre los valores de la salida de suma
y la salida del acarreo C4.
Demuestre que durante la suma, la salida del acarreo es igual a 1 cuando la suma
excede 15. Verifique también que cuando A > B, la operación de resta da la
respuesta A – B, y la salida del acarreo C4 es igual a 1. Pero cuando A < B, la resta
da el complemento a 2 de B – A y la salida del acarreo C4 es igual a 0.
Figura 6.3 Sumador – Restador de 4 bits
27
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía


Tocci, Ronald J., (2003), Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones,

México, décima edición, Ed. Prentice Hall
28
PRÁCTICA NO. 7
COMPARADORES DE MAGNITUD

 Implementar circuitos básicos combinacionales de Baja Escala de Integración
(SSI) para el diseño de sistemas digitales.
información.
Introducción.
La comparación de dos números es una operación que determina si un número es
mayor que, menor que o igual a otro número. Un comparador de magnitud es un
circuito combinacional que compara dos números A y B. La salida de la comparación
se especifica por tres variables binarias que indican si A > B, A < B o A = B. En
nuestro caso, utilizaremos el circuito sumador – restador de la práctica 6 para hacer
la comparación de los números A y B. El acarreo C4 determina la magnitud relativa:
cuando C4 = 1 y S3, S2, S1 y S0 ≠ 0, se tiene A > B; cuando C4 = 0 se tiene A < B; y
cuando C4 = 1 y S3, S2, S1 y S0 = 0, se tiene A = B.
Objetivo.
Identificar las condiciones que se deben presentar en la resta de dos números por el
método de complemento a 2, para diseñar, implementar y probar un comparador de
magnitud.
Temas 3 y 4, a partir del sumador – restador diseñará el comparador de magnitud.
29

experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología.
Es necesario implementar el circuito Sumador – Restador de la práctica 6 para
proporcionar la lógica de comparación.
describan el comportamiento del comparador de magnitud.
Comparador de magnitud.
A partir de las salidas del Sumador – Restador, se diseña un circuito combinacional
que tenga cinco entradas, desde S0 hasta S3 y C4, y tres salidas denotadas por X, Y
y Z, de modo que:
X=1 si A=B ( S = 0000)
Y=1 si A<B ( C4 = 0)
Z=1 si A>B (C4 = 1 y S = 0000)
Construya el circuito comparador y pruebe su operación. Utilice cuando menos dos

conjuntos de números para A y B para verificar cada una de las salidas X, Y y Z. Uno
de los números deberá conectarse a un número fijo y el otro número al contador
binario.
30
práctica.
Reporte del alumno.

Bibliografía.


Tocci, Ronald J., (2003), Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones,

México, octava edición Ed. Prentice Hall
31
PRÁCTICA NO. 8
DISEÑO CON CIRCUITOS MSI. DECODIFICADOR.

información.
Introducción.
Un decodificador es un circuito combinacional con n líneas de entrada y 2n líneas de
salida, cada salida representa el mintérmino equivalente de la combinación binaria
presente en la entrada y son excluyentes, esto es, sólo una salida puede ser igual a
1 en cualquier momento.
Objetivo.
Identificar el funcionamiento y la aplicación de los decodificadores.
Está relacionado con el tema 4 Diseño combinacional en MSI.
 Multímetro digital.
experimento.
32
 LEDs y Resistencias de 220Ω

 Protoboard
Metodología
El diagrama de bloques del decodificador se muestra en la figura 8.1 y su tabla de
verdad en la figura 8.2. El 74155 puede conectarse como decodificador dual 2 X 4 o
como decodificador sencillo 3 X 8. El 74155 utiliza compuertas NAND, y por ello la
salida seleccionada pasa a 0 mientras todas la demás salidas permanecen en 1.
Utilice las 3 salidas menos significativas del contador para las variables de entrada
de las funciones y la salida más significativa como línea de habilitación.
describan el comportamiento del circuito con decodificador.
Figura 8.1 Diagrama a bloques de un decodificador
Implementación con un decodificador.

Un circuito combinacional tiene tres entradas – x, y y z – y tres salidas F1, F2 y F3.
Las funciones booleanas simplificadas para los circuitos son:
F1 = xz + x’y’z’
F2 = x’y + xy’z’
F3 = xy + x’y’z
Implemente y pruebe el circuito combinacional utilizando un CI decodificador 74155 y
compuertas NAND externas.
33
Implementación de un sumador completo.

Utilizando el CI decodificador 74155 y compuertas NAND externas, implemente y
pruebe un circuito sumador completo.
Tabla de Verdad del decodificador

Entradas Salidas
G C B A 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3
1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1
0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
Figura 8.2 Tabla de verdad de un decodificador 3 X 8
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía

Pearson / Prentice Hall.
34
PRÁCTICA NO. 9
DISEÑO CON CIRCUITOS MSI. MULTIPLEXOR.

información.
Introducción.
En el momento de diseñar un circuito combinacional, la primera pregunta que
debemos hacernos es si la función ya está disponible en un paquete de CI. Están
disponibles en forma comercial numerosos dispositivos MSI, los cuales realizan
funciones digitales específicas empleadas en forma común en el diseño de sistemas
digitales. La selección de componentes MSI con preferencia a las compuertas SSI es
en extremo importante, ya que en forma invariable causa una reducción considerable
de CIs y alambres de interconexión.
Objetivo.
Investigar y analizar el funcionamiento del multiplexor para poder diseñar un circuito
de aplicación del dispositivo.
Cubre el tema 4. Diseño combinacional en MSI y el subtema 4.1
Multiplexores/Demultiplexores.
35

experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología.
El multiplexor que se usará es el CI tipo 74151, que se observa en la figura 9.1. Las
ocho entradas llevan los nombres D0 a D7. Las tres líneas de selección, C, B y A,
seleccionan la entrada particular que se multiplexará y aplicará a la salida. Un control
S, actúa como una señal de habilitación. La tabla de función de la figura 9.2,
especifica el valor de la salida Y como una función de las líneas de selección. Para
operación apropiada, la entrada S debe conectarse a tierra.
describan el comportamiento del circuito con multiplexor.
Figura 9.1 Multiplexor de 8 a 1
36
Figura 9.2 Tabla de función del multiplexor 8X1
Especificaciones de diseño
Una compañía pequeña tiene 10 acciones de capital; en una junta de accionistas,
cada acción significa un voto de su propietario. Las 10 acciones de capital son
propiedad de cuatro personas como sigue:
Sr. W: 1 acción
Sr. X: 2 acciones
Sr. Y: 3 acciones
Sra. Z: 4 acciones
Cada una de estas personas acciona un interruptor que enciende cuando da su voto
aprobatorio y que apaga cuando vota en contra de acuerdo con sus acciones.
Es necesario diseñar un circuito que exhiba el número total de acciones que votan a
favor de cada medida. Utilice un exhibidor de siete segmentos y un decodificador
para exhibir el número requerido. Si todas las acciones votan en contra para una
medida, la exhibición debe quedar en blanco (la entrada binaria 15 en el circuito 7447
muestra en blanco todos los segmentos). Si 10 acciones votan a favor para una
medida, el exhibidor debe mostrar 0. En otra forma, el exhibidor muestra un número
decimal igual al número de acciones que dan voto aprobatorio. Utilice cuatro
multiplexores 74151 para diseñar el circuito combinacional que convierte las entradas
desde los interruptores de los propietarios del capital en el dígito BCD para el 7447
(las entradas se obtienen de las salidas del contador binario). No debe utilizarse 5V
para la lógica “1”. Utilice la salida de un inversor cuya entrada está a tierra.
37
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía


38
PRÁCTICA NO. 10
DESARROLLO Y SIMULACIÓN DE UN CIRCUITO COMBINACIONAL EN VHDL

 Conocer y comprender los fundamentos del lenguaje de descripción de
hardware con aplicación en circuitos combinacionales.
información.
 Capacidad de análisis, síntesis.
 Capacidad para aprender y diseñar.
 Capacidad crítica y autocrítica
 Habilidades de gestión de información, con la búsqueda y análisis de
información de diferentes fuentes.
Introducción.
Los lenguajes de descripción de hardware son lenguajes que describen el hardware
de los sistemas digitales en forma textual. Se parecen a los lenguajes de
programación, pero están orientados específicamente a la descripción de las
estructuras y el comportamiento del hardware. Sirven para representar diagramas
lógicos, expresiones booleanas y otros circuitos digitales más complejos. Un HDL
sirve para representar y documentar sistemas digitales en una forma susceptible de
ser leída tanto por personas como por computadoras, y es apropiado como lenguaje
de intercambio entre diseñadores.
La simulación lógica es la representación de la estructura y el comportamiento de un
sistema lógico digital empleando una computadora. El simulador interpreta la
descripción en HDL y produce una salida comprensible, que predice la forma en que
se comportará el hardware antes de que se fabrique físicamente.
Para la realización de esta práctica se parte del hecho de considerar que ya se tiene
instalado el software (QuartusII) y que se cuenta con un módulo de desarrollo DE0.
Objetivo.
Investigar el lenguaje de programación VHDL, sus elementos y su aplicación en
Diseño Digital.
39
Tema 6 Introducción al lenguaje VHDL para circuitos combinacionales. Subtema 6.4
Circuitos combinacionales en VHDL.
 Computadora
 Software Quartus II
 Kit de Desarrollo DE0
Metodología.
Realizar el diseño de un circuito sumador completo utilizando VHDL con un DE0 de
Altera.
1. Dibujar el símbolo del sumador completo declarando los nombres de las
variables de entrada (x, y y z) y de salida (C y S).
2. Obtener su Tabla de verdad.
3. Declarar la librería y el paquete utilizado para el programa.
4. Declarar la entidad correspondiendo a las mismas variables del símbolo.
5. Declarar la arquitectura.
6. Programar la FPGA para probar el sumador utilizando los interruptores y LEDs
de la FPGA.
7. Realizar la simulación correspondiente en QuartusII.
práctica.
40
Reporte del alumno

Bibliografía


Manual de usuario DE0 Altera
41
PRÁCTICA NO. 11
FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE LOS FLIP-FLOPS
Competencia específica a desarrollar:

 Conocer, identificar y analizar el funcionamiento de los Flip Flops en
tecnologías SSI y MSI para comprender su aplicación en el funcionamiento de
memorias.
información.
Introducción:
Los circuitos digitales que se han estudiado hasta ahora son combinacionales, su
característica principal es que la salida únicamente depende de la combinación
binaria presente en su entrada. Ahora en la figura 11.1 se presenta el diagrama de
un circuito secuencial, como se observa cuenta con los mismos elementos: líneas de
entrada, circuito combinacional y líneas de salida, sólo se agrega la trayectoria de
retroalimentación y los elementos de memoria (Flip Flops). La salida depende de la
combinación binaria presente en la entrada y del estado que guarden los elementos
de memoria. Para poder entender el funcionamiento del circuito secuencial, lo
primero que se debe hacer es comprender cómo guardan la información los
elementos de memoria, también llamados flip flops.
Figura 11.1 Diagrama a bloques de un circuito secuencial.
42
Objetivo:
Identificar e investigar el funcionamiento de los diferentes tipos de flip flops para su
posterior aplicación.
Tema 5, Lógica Secuencial; subtemas 5.1 Fundamentos de elementos secuenciales,
5.2 Latch NAND y NOR y 5.3 Flip Flops RS, D, JK y T.
experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología
Seguros SR
El seguro SR es un flip-flop básico hecho de dos compuertas NAND de acoplamiento
cruzado. Construya un circuito básico flip-flop y conecte las dos entradas a
interruptores y las dos salidas a LEDs. Ajuste los dos interruptores a la lógica 1,
entonces en forma momentánea pase cada interruptor por separado a la posición de
lógica 0 y regrese a 1. Obtenga la tabla de verdad del circuito.
Flip-Flop RS
Construya un flip-flop RS con reloj con cuatro compuertas NAND. Conecte las dos
entradas R y S a dos interruptores y la entrada de reloj al dígito menos significativo
del contador. Verifique la tabla característica del flip-flop.
43
Flip-Flop D
Construya un flip-flop D con reloj con cuatro compuertas NAND. Conecte el circuito
flip-flop D modificado y verifique su tabla característica.
Flip-Flop maestro-esclavo
Construya un flip flop JK maestro-esclavo con reloj con un IC 7410 y dos IC 7400.
Conecte las entradas J y K a la lógica 1 y la entrada del reloj al dígito menos
significativo del contador. Conecte las salidas normal y complementaria de los flip-
flops maestro y esclavo a 4 LEDs. Genere un solo pulso positivo. Observe que el
Flip-Flop maestro cambia cuando el pulso pasa a positivo y el flip-flop esclavo sigue
el cambio cuando el pulso pasa a negativo. Repita unas cuantas veces el proceso
observando los cuatro LEDs. Explique la secuencia de transferencia desde la entrada
al maestro y desde el maestro al esclavo.
Flip-Flop D de disparo en borde
Construya un flip flop tipo D de disparo en borde positivo usando seis compuertas
NAND. Conecte la entrada del reloj al dígito menos significativo del contador, la
entrada D al siguiente dígito del contador y la salida Q a un LED. Ajuste el valor de D
en el valor complementario de Q. Demuestre que la salida del flip-flop cambia sólo en
respuesta a una transición positiva del pulso de reloj. Verifique que la salida no
cambia cuando la entrada del reloj es lógica 1, o cuando el reloj pasa a través de una
transición negativa o cuando es lógica 0. Continúe cambiando la entrada D al
complemento de la salida Q en todo momento.
Flip-Flops CI
El CI tipo 7476 consta de dos flip-flops JK maestro-esclavo con preajuste y despeje.
Las asignaciones de terminales se ilustran en la figura 11.2. La tabla de función de la
figura 11.3, especifica la operación del circuito. Los primeros tres renglones en la
tabla especifican la operación de las entradas de preajuste asíncrono y despeje
asíncrono. Estas entradas se comportan como un seguro SR NAND y son
independientes del reloj o de las entradas J y K (las X indican condiciones “no
importa”). Los últimos cuatro renglones en la tabla de función especifican la
operación de las entradas tanto de preajuste como de despeje mantenidas en lógica
1. El valor del reloj se muestra como un pulso único. La transición positiva del pulso
cambia el flip-flop maestro, y la transición negativa cambia el flip-flop esclavo lo
mismo que la salida del circuito. Con J = K = 0, la salida no cambia. El flip-flop
conmuta o complementa cuando J = K = 1. Investigue la operación de un flip-flop
7476 y verifique su tabla de función.
44
Figura 11.2. Flip-Flop IC tipo 7476 dual JK maestro-esclavo
Figura 11.3 Tabla de función del FF JK. IC 7476
45
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía

46
PRÁCTICA NO. 12
ANÁLISIS DE CIRCUITOS SECUENCIALES
Competencia específica a desarrollar

 Conocer, identificar y analizar el funcionamiento de los Flip Flops en
tecnologías SSI y MSI para comprender su aplicación en el funcionamiento de
memorias.
información.
Introducción:
El diagrama de un circuito secuencial cuenta con los siguientes elementos: líneas de
entrada, circuito combinacional líneas de salida, trayectoria de retroalimentación y los
elementos de memoria (Flip Flops), como se muestra en la figura 12.1.
Figura 12.1 Diagrama a bloques de un circuito secuencial.
Objetivo:
Construir, probar y analizar dos circuitos secuenciales síncronos.
47
Se cubre el Tema 5, Lógica Secuencial; subtema 5.5, Análisis de circuitos
secuenciales síncronos.
experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología
El procedimiento de análisis de un circuito secuencial es el siguiente:
1. Obtener el diagrama lógico a partir de las ecuaciones de entrada de los flip
flops y salida del circuito combinacional.
2. Asignar un símbolo de letra a cada variable de entrada y salida.
3. Derivar la tabla de estados haciendo las siguientes consideraciones:
a. Sección del Estado Presente. El número de renglones es igual a 2 n,
donde n es el número de flip flops.
b. Sección del Estado Siguiente y Salida. El número de columnas en cada
sección es igual a 2m, donde m es el número de entradas externas.
4. Realizar el análisis del circuito. Una vez que se tiene la tabla de estados se
procede a ejecutar cada una de las combinaciones del estado presente y de
las entradas externas en el diagrama lógico y se verifica el funcionamiento.
5. Dibujar el diagrama de estados.
6. Obtener las ecuaciones de estado de cada flip flop.
En este experimento, el alumno construirá y analizará dos circuitos secuenciales
síncronos. En el primer diseño se usarán flip-flops JK en CI tipo 7476. En el segundo
48
diseño se utilizarán flip-flops D en CI tipo 7474. Utilizar las compuertas externas

necesarias.
Ecuaciones de entrada
Un circuito secuencial tiene dos flip-flops ( A y B ), dos entradas ( x y y ) y una salida
( z ). Las funciones de entrada al flip-flop y la función de salida del circuito son las
siguientes:
JA = xB + y’B’ KA = xy’B’
JB = xA’ KB = xy’ + A
Z = xyA + x’y’B
Obtenga el diagrama lógico, la tabla de estado, el diagrama de estado y las
ecuaciones de estado.
Construya el circuito secuencial y verifique la tabla y el diagrama de estados
obtenidos.
Sumador Completo
El sumador completo de la figura 12.2 recibe dos entradas externas x y y, la tercera
entrada z proviene de la salida de un flip-flop D. El acarreo de salida se transfiere al
flip-flop en cada pulso de reloj. La salida externa S da la suma de x, y y z. Obtenga la
tabla de estado y el diagrama de estado del circuito secuencial. Construya el circuito
y verifique la tabla y el diagrama obtenidos.
Fig. 12.2 Sumador completo
49
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía


50
PRÁCTICA NO. 13
DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES

 Conocer, identificar, analizar, diseñar y ensamblar circuitos de lógica
secuencial síncrona utilizando Flip Flops en tecnologías SSI y MSI para
comprender su aplicación en el funcionamiento de memorias.
información.
Introducción:
El diseño de un circuito secuencial síncrono comienza con el enunciado del
comportamiento o especificaciones y termina con el dibujo del diagrama lógico. En
contraste con un circuito combinacional, que está especificado por completo por una
tabla de verdad, un circuito secuencial requiere una tabla de estado para su
especificación.
Un circuito secuencial síncrono está hecho de flip flops y compuertas
combinacionales. El diseño del circuito consiste en escoger los flip flops y entonces
encontrar una estructura de compuertas combinacionales que, junto con los flip flops,
produzcan un circuito que cumpla con las especificaciones establecidas.
Objetivo:
Investigar, diseñar, construir y probar un circuito secuencial síncrono. A partir de una
tabla de estados, el alumno aplicará el procedimiento de diseño de los circuitos
secuenciales síncronos para implementar un circuito que se comporte de la manera
descrita.
Se cubre el Tema 5, Lógica Secuencial; subtema 5.6, Diseño de circuitos
secuenciales síncronos.
51

experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología:
El procedimiento de diseño de un circuito secuencial síncrono es el siguiente:
1. Describir verbalmente el comportamiento del circuito, esta descripción puede ir
acompañada de un diagrama de estados.
2. Obtener la tabla de estados.
3. Reducir el número de estados si es posible.
4. Determinar el número de FF necesarios.
5. Asignar valores binarios a cada estado.
6. Elegir el tipo de FF que va a utilizarse.
7. Deducir la tabla de excitación de los FF y la salida del circuito.
8. Utilizar cualquier método de simplificación para obtener las funciones
booleana reducidas de entrada a los FF y salida del circuito.
9. Verificar que los estados sin uso (si los hay) funcionan correctamente.
10. Dibujar el diagrama lógico.
En este experimento, el alumno diseñará, construirá y probará un circuito secuencial

síncrono. En el diseño se utilizarán flip flops JK, IC tipo 7476, (figuras 11.2 y 11.3).
Elija cualquier tipo de compuerta que minimice el número total de los CI.
52

Tabla de estados
Diseñe un circuito secuencial síncrono a partir de la siguiente tabla de estados;
reduzca la tabla de estados y tabule la tabla de estados reducida para diseñar el
circuito utilizando el menor número de estados posible.
Estado siguiente Salida

Estado presente x=0 x=1 x=0 x=1
a f b 0 0
b d c 0 0
c f e 0 0
d g a 1 0
e d c 0 0
f f b 1 1
g g h 0 1
h g a 1 0
práctica.
Reporte del alumno

53
Bibliografía


54
PRÁCTICA No. 14
ANÁLISIS Y DISEÑO DE CONTADORES

 Conocer, identificar, analizar, diseñar y ensamblar circuitos de lógica
secuencial síncrona, utilizando Flip Flops en tecnologías SSI y MSI para
comprender su aplicación en el funcionamiento de memorias.
información.
 Capacidad crítica y autocrítica
Introducción:
El comportamiento de un circuito secuencial se determina mediante las entradas, las
salidas y los estados de sus flip flops. Cuando se va a realizar el análisis de un
circuito secuencial y se observa que el circuito no cuenta con entradas externas ni
salidas, seguramente se tratará de un contador, donde el estado siguiente es el
estado del flip flop después de la ocurrencia del pulso de reloj. En un contador, la
secuencia de estados puede seguir un conteo binario o cualquier otra secuencia de
estados. Los contadores se encuentran en casi todos los equipos que contienen
lógica digital. Se usan para contar el número de ocurrencias de un evento y son útiles
para generar secuencias de temporizado para controlar operaciones en un sistema
digital.
Objetivo:
Identificar las diferencias en el procedimiento para el análisis y diseño de contadores
síncronos.
Se cubre el Tema 5, Lógica Secuencial; subtema 5.5, Análisis de circuitos
secuenciales síncronos y 5.6, Diseño de circuitos secuenciales síncronos.
55

experimento.
 LEDs
 Protoboard
Metodología
En este experimento se probará la operación de diversos circuitos secuenciales.
Utilizando los dos métodos de análisis y diseño de las dos prácticas anteriores,
verificar el funcionamiento de los contadores síncronos.
describan el comportamiento del contador.
Análisis de un contador
Obtenga la tabla de estados y el diagrama de estados del circuito secuencial
mostrado en la figura 14.1
Figura 14.1 Circuito secuencial para analizar
56
Diseño de un contador.
Diseñe, construya y pruebe un contador de 2 bits que cuente hacia arriba
(incremento) o hacia abajo (decremento). Una entrada E de habilitación determina
cuándo está encendido o apagado el contador. Si E = 0, el contador está inhabilitado
y permanece en su cuenta presente aun cuando se apliquen pulsos de reloj a los flip
flops. Si E = 1, el contador se habilita y una segunda entrada, x, determina la
dirección de cuenta. Si x = 1, el circuito de incremento con la secuencia 00, 01, 10,
11 y la cuenta se repite. Si x = 0, el circuito de decremento con la secuencia 11, 10,
01, 00 y la cuenta se repite. No debe utilizarse E para inhabilitar el reloj. Diseñe el
circuito secuencial con E y x como entradas.
práctica.
Reporte del alumno

Bibliografía


57
REFERENCIAS
[1] Plan Nacional de Desarrollo 2013 – 2018

Gobierno de la República
[2] Programa Oficial de la Materia Diseño Digital

Dirección de Docencia e Innovación Educativa
Secretaría Académica, de Investigación e Innovación
Tecnológico Nacional de México
[3] Mano, M. Morris, (2003), Diseño Digital, México, tercera edición Ed.
58
ANEXO 1
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Y MATERIAL NECESARIO
59
Equipo de Laboratorio
Debido al tipo de prácticas de laboratorio que se realizan, es necesario contar con
equipo especializado para el correcto funcionamiento de cada uno de los circuitos
diseñados.
Descripción Imagen
Osciloscopio de dos canales.
Es un instrumento comúnmente
utilizado en Electrónica que permite
visualizar las señales eléctricas que
pueden variar en el tiempo.
Generador de Funciones
Es un aparato electrónico que produce

ondas senoidales, cuadradas y
triangulares, además de crear señales
TTL.
Puntas de prueba para osciloscopio y

generador de funciones.
Es un dispositivo que permite realizar

la conexión entre uno de los
instrumentos anteriores y el circuito.
Multímetro.
Es un instrumento portátil para medir

señales eléctricas como corrientes o
voltajes.
También puede medir continuidad,

resistencia y capacitancia.
Fuente de alimentación de 5V para

circuitos integrados TTL.
Suministra la energía necesaria para el

buen funcionamiento de un circuito.
60
Material necesario.
El alumno debe conseguir el siguiente material para el adecuado desarrollo de sus
prácticas de laboratorio.
Descripción Imagen
Tablero para las conexiones (protoboard).
Es un tablero con perforaciones para realizar

las conexiones necesarias entre los circuitos
integrados y los componentes adicionales.
Lámparas indicadoras LED (Diodo Emisor de

Luz), con su respectiva resistencia de 220 Ω.
Los leds indican visualmente el 1 y el 0 lógico
y la resistencia limita el paso de la corriente
para protección del led.
Alambre estañado calibre 22 para realizar las

conexiones.
Son adecuados para alambrar los circuitos

electrónicos y realizar conexiones entre
diferentes puntos del protoboard.
Caimanes.
Son pinzas metálicas adecuadas para

conectar dispositivos electrónicos en forma
provisional.
Pinzas de corte y pinzas de punta, para

manipular los alambres.
Las primeras brindan un corte preciso en el

tipo de alambre que se utiliza y las últimas
permiten manipular los elementos en el
pequeño espacio del protoboard.
61
Kit de Desarrollo DE0
La placa DE0 Development and Education

está diseñada en un tamaño compacto con
todas las herramientas esenciales para que
los usuarios novatos adquieran
conocimientos en áreas de lógica digital,
organización de computadoras y FPGA.
Circuitos integrados.
Un circuito integrado (CI) es un cristal semiconductor de silicio, llamado chip, que

contiene los componentes electrónicos para construir compuertas digitales. Las
diversas compuertas se interconectan dentro del chip para formar el circuito
requerido. El chip se monta en un recipiente de cerámica o plástico y las conexiones
se sueldan a terminales externas para formar el circuito integrado. Los circuitos
lógicos integrados se clasifican no solo por su complejidad o por su funcionamiento
lógico, sino también por la tecnología específica de circuitos utilizada en su
construcción. Esa tecnología se llama Familia de Lógica Digital. Se han introducido
comercialmente muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales. Las más
populares son:
 TTL Lógica Transistor – Transistor

 ECL Lógica Acoplada por Emisor
 MOS Metal – Óxido – Semiconductor
 CMOS Metal – Óxido – Semiconductor Complementario
62
TTL es una familia lógica que ha estado en operación mucho tiempo y se le

considera estándar, tiene una designación numérica que comienza con 74. Al
progresar la tecnología TTL, se añadieron otras mejoras que hicieron que esta familia
se usara ampliamente en el diseño de sistemas digitales. Hay varias subfamilias o
series de tecnología TTL que se identifican con un sufijo después del 74, algunas de
ellas son:
Nombre de Serie TTL Sufijo

Estándar 74
Baja Potencia 74L
Alta Velocidad 74H
Schottky 74S
Schottky de Baja Potencia 74LS
Schottky Avanzado 74AS
Schottky Avanzado de Baja Potencia 74ALS
Rápido 74F
Los Circuitos Integrados (CI) que se usarán en los experimentos pueden clasificarse
como circuitos de integración a pequeña escala (SSI Small – Scale Integration) y
circuitos de integración a mediana escala (MSI Medium – Scale Integration). Los
circuitos SSI contienen varias compuertas independientes en un mismo paquete,
suelen ser menos de 10 compuertas y los circuitos MSI contienen una complejidad
de 10 a 999 compuertas en su interior y realizan funciones digitales específicas. Las
ocho compuertas de CI SSI básicas para los experimentos se muestran en la figura
1. Incluyen compuertas de dos entradas NAND, NOR, AND, OR y XOR, inversores y
compuertas NAND de tres y cuatro entradas. La asignación de terminales para las
compuertas se indica en el diagrama. Las terminales están enumeradas desde 1 a
14. La terminal número 14 está marcada Vcc y la terminal 7 está marcada TIERRA
(GND). Estas son las terminales de suministro, las cuales deben conectarse a un
suministro de potencia de 5V para la operación adecuada. Cada CI se reconoce por
su número de identificación; por ejemplo, las compuertas NAND de dos entradas se
encuentran dentro del CI cuyo número es 7400 [3].
En los libros con información publicados por los fabricantes pueden encontrarse
descripciones detalladas de los circuitos SSI y MSI. El mejor modo de adquirir
experiencia con los circuitos comerciales MSI es estudiar su descripción en un
manual de información que proporciona la información completa de las
características internas, externas y eléctricas de los circuitos integrados. En las hojas
de datos se obtiene información como la nomenclatura, descripción general,
63
condiciones de funcionamiento recomendadas, características de conmutación,

diagramas de conexiones, tablas de verdad y funciones, entre otras. Es importante
que el alumno adquiera la destreza suficiente para que pueda obtener rápidamente la
información técnica de los dispositivos electrónicos que se utilizan en el desarrollo de
las prácticas de laboratorio.
Varias compañías que fabrican semiconductores publican manuales para las series
TTL. Algunos ejemplos son: el TTL Data Book for Design Engineers, publicado por
Texas Instruments y el FAST and LS TTL Data publicado por Motorola, o en las
páginas de internet.
Los circuitos SSI y MSI que se necesitan para los experimentos se presentan y
explican cuando se usan por primera vez.
Figura 1. Compuertas digitales en paquetes CI con número de identificación y asignación de

terminales
64
Contador binario.
El CI tipo 7493 consta de cuatro flip-flops como se muestra en la figura 2. Se le
puede conectar para que cuente en binario o en BCD. El CI se conecta para operar
como contador binario alambrando las terminales externas, como en la figura 3, se
conecta un cable entre la terminal 12 (salida QA) y la terminal 1 (entrada B). La
entrada A (terminal 14) se conecta al pulsador de la figura 4, el cual genera pulsos
individuales. Las dos entradas de restablecimiento, R1 y R2, se conectan a tierra.
Todas las conexiones deben realizarse con la fuente de alimentación en la posición
de apagado.
Al encender la fuente de alimentación se observan los cuatro LEDs, al inicio, puede
presentarse cualquier combinación binaria. El número de cuatro bits de la salida se
incrementa en uno con cada pulso generado al accionarse el botón del pulsador. La
cuenta llega al 15 binario y luego regresa a 0. Se utilizará el contador binario en los
experimentos para generar las señales binarias de entrada con las cuales se
probarán circuitos [3].
Figura 2. Construcción interna del contador CI tipo 7493
65
Figura 3. Contador módulo 16
Figura 4. Pulsador de botón
66
ANEXO 2
REGLAMENTO DEL LABORATORIO DE

INGENIERÍA ELECTRÓNICA
67
REGLAMENTO DE LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
1. Los alumnos solicitarán, mediante un vale acompañado con la credencial

actualizada del Instituto, los cables de alimentación y equipo de medición que
requieran para realizar sus prácticas.
2. El auxiliar de laboratorio entregará lo solicitado en el vale para la realización
de la práctica.
3. Los alumnos deberán devolver el material y/o equipo prestado 10 minutos
antes de finalizar el tiempo de práctica, para su revisión y ordenamiento.
4. Los alumnos que lleguen al laboratorio después de 10 minutos de la hora de
inicio, no tendrán derecho a ingresar a la sesión de laboratorio.
5. Los accesorios, así como componentes eléctricos o electrónicos, requeridos
para las prácticas, deberán ser adquiridos por los alumnos integrantes de
cada equipo de trabajo.
6. Una vez iniciada la práctica, los alumnos deberán trabajar en su mesa,
previamente asignada por su maestro y no se deberán desplazar a otras
mesas.
7. El equipo de medición y los cables de alimentación que utilice en el
desarrollo de sus prácticas, estarán bajo entera responsabilidad de los
alumnos, por lo que, deberán revisarlo al momento de recibirlo y reportar
cualquier falla o anomalía de inmediato, posteriormente trabajarán en su
respectiva mesa y cualquier daño ocasionado, deberán pagar su reparación
o reposición.
8. En caso de cometer una falta, ésta será notificada a las autoridades del
plantel para que se analice su caso.
9. Los accesorios, puntas de prueba, cables de alimentación y equipo de
laboratorio será para uso exclusivo en las instalaciones del laboratorio y
queda estrictamente prohibido sacarlo de él. Tampoco será proporcionado
para realizar reparaciones personales.
10. El (los) alumno(s) que sea(n) sorprendido(s) maltratando el mobiliario,
tableros de avisos, mesas de trabajo, equipo o material del laboratorio, serán
expulsados de esa área por el resto del semestre, además deberán pagar la
reparación del daño causado.
11. No hay periodos de recuperación de prácticas, sin embargo, los alumnos
tienen derecho a usar el laboratorio en horas libres, es decir, horas que no
están asignadas oficialmente para otras asignaturas.
68
12. El préstamo de manuales queda limitado a una hora máximo para su

consulta en el Laboratorio.
13. Queda estrictamente prohibido ingerir comidas y bebidas dentro del área de
trabajo del laboratorio.
14. Queda estrictamente prohibida la permanencia en el laboratorio de personas
ajenas a la realización de la práctica en turno.
15. Queda estrictamente prohibido fumar dentro del edificio del laboratorio.
16. Queda estrictamente prohibido vender cualquier tipo de alimentos, bebidas o
mercancía dentro del laboratorio.
17. No se permite el acceso al laboratorio en bermudas, playeras sin manga,
gorras, chanclas, lentes obscuros y audífonos.
18. Las puertas de emergencia no deberán utilizarse como puertas
convencionales.
19. El acceso al pañol es exclusivo para el personal del laboratorio.
20. No se permite usar las instalaciones del laboratorio para usos distintos a su
fin natural, como platicar, hacer tareas, chatear, etc.
TRANSITORIOS
a) El personal docente, el personal administrativo y los alumnos se regirán por el
presente reglamento.
b) Cualquier asunto no previsto en este reglamento, será analizado por la
Academia de Ingeniería Electrónica.
ATENTAMENTE
JEFATURA DEL DEPTO. DE ACADEMIA

INGRÍA. ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INGENIERÍA ELECTRÓNICA
69
ANEXO 3
FORMATO DE PRESENTACIÓN DEL

REPORTE DE LABORATORIO
70
Reporte de Laboratorio
El alumno elaborará un reporte de cada una de las prácticas de laboratorio, donde

plasmará sus observaciones y conclusiones. Esto se entregará al final del semestre
en un cuaderno, todo deberá estar escrito a mano.
Cada práctica deberá incluir los siguientes elementos:
71

Práctica

Cargado por

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Formatos disponibles

Práctica

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Información del documento

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PRESENTACIÓN

En el Tecnológico Nacional de México se hace necesario continuar con el proceso de

La asignatura de Diseño Digital es la base para la comprensión de cualquier sistema

La asignatura de Diseño Digital aporta al perfil del Ingeniero Electrónico la capacidad

Aportación de la asignatura al perfil de egreso [2]

 Diseñar, analizar y construir equipos y/o sistemas electrónicos digitales para la

Descripción general del contenido de la materia [2]

La asignatura presenta los fundamentos de diseño de los sistemas digitales,

Relación con otras asignaturas [2]

Esta materia es el prerrequisito de materias como Diseño Digital con VHDL,

Intención didáctica [2]

El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas

Competencias a desarrollar [2]

 Conocer, comprender, analizar, diseñar y simular circuitos digitales básicos,

Competencias previas [2]

 Operar equipos de medición electrónica.

Estructura del Manual de Prácticas

El manual de prácticas consta de 14 prácticas de laboratorio, ordenadas según el

Competencia específica a desarrollar.

Medidas de seguridad e higiene.

Tabla de verdad para una función de 2 entradas

V = Valor de salida en Volts

Valores VLH y VHL

Figura 1.1 (a) Compuerta AND para determinar VLH

Valor teórico (Volts) Valor real (Volts)

Para el caso de la compuerta OR, el procedimiento es similar, ahora una entrada

Fig. 1.1 (b) Compuerta OR para determinar VHL

Valor teórico (Volts) Valor real (Volts)

Figura 1.2 Retardo de propagación

Compuerta NAND Universal.

Para comprobar la universalidad de la compuerta NAND, se utilizará un solo CI 7400,

En cada caso, verifique el circuito mediante su tabla de verdad.

Reporte del alumno

TTL Data Book, Texas Instruments

FAST and LS TTL Data, Motorola

Competencias específicas a desarrollar.

Equipo y material requerido:

Figura 2.1 Diagrama lógico de la práctica 2

Construya el circuito simplificado sin desconectar el circuito original. Pruebe ambos

Reporte del alumno

Mano, M. Morris, (2003), Diseño Digital, México, tercera edición Ed.

TTL Data Book Texas Instruments

FAST and LS TTL Data, Motorola

Competencias específicas a desarrollar:

Equipo y material requerido:

Funciones en forma canónica

Simplifique las dos funciones con la ayuda de Mapas de Karnaugh. Obtenga un

TTL Data Book, Texas Instruments

FAST and LS TTL Data, Motorola

Competencia específica a desarrollar.

Figura 4. 1. Esquema básico de un circuito combinacional

Medidas de seguridad e higiene.

Diseñar un circuito combinacional con cuatro entradas – A, B, C y D – y una salida F.

Una lógica mayoritaria es un circuito digital cuya salida es 1 si la mayoría de las

 Propiciar la investigación mediante la búsqueda y selección de los temas de la

Mano, M. Morris, (2003), Diseño Digital, México, tercera edición Ed.

Competencia específica a desarrollar.

 Exhibidor de siete segmentos (Display)

Figura 5.1 Decodificador BCD a siete segmentos (7447) y