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Del diagrama lógico al protoboard con chips 74HC

Lectura de 8 min · Equipo bitGateLab

Un circuito que funciona en el diagrama puede fallar en el protoboard por detalles que el diagrama no muestra: un riel de alimentación partido, un chip al revés, una entrada al aire o un LED sin resistencia. Aquí verás cómo está conectado un protoboard por dentro, cómo leer el pinout de un chip DIP de 14 pines 74HC, cómo calcular la resistencia de un LED y cómo depurar con orden.

Cómo está conectado un protoboard

Bajo los orificios hay tiras metálicas que unen grupos de agujeros. La distribución típica es:

Zona de terminales: filas numeradas (1, 2, 3…) y columnas con letras (a a j). En cada fila, los cinco orificios a, b, c, d, e están unidos entre sí, y los cinco orificios f, g, h, i, j también, pero los dos grupos están separados.
Canal central: la ranura entre las columnas e y f. Los chips DIP se colocan montados sobre ella, para que cada pin quede en una fila distinta y con cuatro orificios libres para conectar cables.
Rieles de alimentación: las líneas largas a los costados, marcadas con + y −. Recorren el protoboard a lo largo. En muchos protoboards largos están interrumpidos a la mitad; si ves un hueco en la línea pintada, une las dos mitades con un cable.

Regla rápida: dos terminales están conectadas solo si están en la misma fila y del mismo lado del canal, o en el mismo riel (y en la misma mitad, si el riel está partido). Todo lo demás necesita un cable.

Pinout de un chip DIP de 14 pines

Mira el chip desde arriba con la muesca (o el punto) hacia arriba o hacia la izquierda. El pin 1 está junto a la muesca, y la numeración sigue en sentido contrario a las manecillas del reloj: del 1 al 7 bajando por un lado y del 8 al 14 subiendo por el otro. El pin 14 queda frente al pin 1.

74HC00 (cuatro NAND de 2 entradas) visto desde arriba. Cada compuerta n tiene entradas nA, nB y salida nY.

En la mayoría de los chips lógicos de 14 pines la alimentación va en las esquinas opuestas: pin 14 = VCC y pin 7 = GND. Los chips de cuatro compuertas de 2 entradas comparten la misma distribución:

Chip	Función	Compuerta 1	Compuerta 2	Compuerta 3	Compuerta 4
74HC00	NAND	A=1, B=2, Y=3	A=4, B=5, Y=6	A=9, B=10, Y=8	A=12, B=13, Y=11
74HC08	AND
74HC32	OR
74HC86	XOR

Ojo con las excepciones. El 74HC02 (cuatro NOR) tiene las salidas en los pines 1, 4, 10 y 13, y el 74HC04 (seis inversores) usa los pares entrada/salida 1→2, 3→4, 5→6, 9→8, 11→10 y 13→12. Antes de cablear cualquier chip, confirma su distribución en la hoja de datos.

Resistencias limitadoras para LEDs

Un LED conectado directo a una salida tomaría toda la corriente que la salida pueda dar, lo que daña el LED o el chip. La resistencia en serie fija la corriente:

R = (V_salida − V_f) / I

donde V_f es la caída del LED (cerca de 2 V para rojo, amarillo y verde comunes; cerca de 3 V para azul y blanco). Las salidas 74HC están especificadas para entregar alrededor de 4 mA manteniendo niveles lógicos válidos; pedir más hace que el voltaje de salida se aleje de VCC o de GND.

Ejemplo: LED rojo (V_f = 2 V) en una salida 74HC alimentada a 5 V, con un objetivo de 4 mA.

R = (5 − 2) / 0.004 = 750 Ω.
Se elige el valor comercial inmediato superior, 820 Ω.
Corriente real: I = 3 / 820 ≈ 3.7 mA, dentro del límite y suficiente para ver el LED con claridad.

Con 330 Ω la corriente sería 3 / 330 ≈ 9.1 mA, más del doble de lo especificado para mantener niveles válidos.

Para un LED que enciende con 1 lógico: salida → resistencia → ánodo (patita larga) → cátodo (patita corta, lado plano) → GND.

Entradas sin conectar

Una entrada CMOS tiene una impedancia altísima. Si la dejas al aire no lee "0" ni "1": toma cualquier voltaje por ruido o por cargas acumuladas, puede quedar a medio camino y hacer que la compuerta oscile o consuma más corriente de lo normal. Por eso:

Para un interruptor, usa una resistencia de 10 kΩ a GND (pull-down) y el interruptor a VCC, o bien una a VCC (pull-up) y el interruptor a GND. Sin la resistencia, el interruptor abierto deja la entrada al aire.
Las compuertas que no uses se quedan con sus entradas a GND o a VCC; sus salidas se dejan libres, nunca se conectan a GND ni a VCC.

Capacitores de desacoplo

Al conmutar, una compuerta toma un pulso breve de corriente que la inductancia de los cables no deja llegar a tiempo desde la fuente, y el voltaje en el chip baja por un instante. El remedio es un capacitor cerámico de 100 nF entre VCC y GND, lo más cerca posible de los pines 14 y 7 de cada chip, que entrega esa corriente localmente. Además conviene un capacitor electrolítico de 10 a 100 µF en la entrada de la alimentación al protoboard, respetando su polaridad.

Del diagrama al cableado

Ejemplo: F = A·B + C con un 74HC08 y un 74HC32.

Coloca el 74HC08 sobre el canal, con la muesca hacia las filas de número menor. Si el pin 1 queda en la fila 10, el pin 7 queda en la fila 16 y el pin 14 queda en la fila 10, del otro lado del canal.
Conecta el pin 14 al riel + y el pin 7 al riel −. Repite con el 74HC32. Pon un capacitor de 100 nF junto a cada chip.
A al pin 1 y B al pin 2 del 74HC08. Su pin 3 (A·B) va al pin 1 del 74HC32.
C al pin 2 del 74HC32. El pin 3 del 74HC32 es F: conéctalo a una resistencia de 820 Ω y un LED a GND.
En ambos chips, conecta a GND las entradas de las compuertas que sobran: pines 4, 5, 9, 10, 12 y 13.

Depuración paso a paso

Alimentación: con el multímetro, mide el voltaje directamente entre los pines 14 y 7 de cada chip, no en los rieles. Así detectas un riel partido o un chip mal insertado.
Orientación: revisa la muesca de cada chip. Un chip invertido recibe la alimentación en pines equivocados y se calienta; si notas un chip caliente, desconecta la alimentación de inmediato.
Entradas: verifica que cada entrada tenga el nivel que esperas, incluidas las de compuertas no usadas.
Compuerta por compuerta: empieza en las entradas y avanza hacia la salida comparando cada nodo con la tabla de verdad. El primer nodo que no coincide te dice dónde está el problema.
Mecánica: busca patitas dobladas bajo el chip, cables que entraron en la fila de al lado o puentes flojos.

Errores comunes

Suponer que los rieles de alimentación recorren todo el protoboard cuando están partidos a la mitad.
Colocar un chip sin cruzar el canal central, con lo que pines opuestos quedan unidos en la misma fila.
Dejar al aire las entradas de un interruptor abierto o de las compuertas sin usar.

Pruébalo en el simulador

El protoboard virtual permite practicar la colocación y el cableado antes de tocar componentes reales.

Arma F = A·B + C en el editor de circuitos y verifica su tabla de verdad.
Pasa al protoboard virtual y coloca un 74HC08 y un 74HC32 sobre el canal central.
Conecta VCC al pin 14 y GND al pin 7 de cada chip.
Cablea las entradas, la unión entre chips y la salida hacia un LED siguiendo la lista del ejemplo.
Cambia A, B y C y observa que el LED sigue la tabla de verdad.

Ejercicios

En un 74HC86, ¿qué pines usarías para la compuerta 3 y qué función realiza?
Respuesta
Entradas en los pines 9 y 10, salida en el pin 8. Es una XOR.
Calcula la resistencia para un LED verde (V_f = 2.1 V) a 5 V con una corriente de 3 mA y elige un valor comercial.
Respuesta
R = (5 − 2.1) / 0.003 ≈ 967 Ω. Se usa 1 kΩ, con I = 2.9 / 1000 = 2.9 mA.
Un circuito con tres chips 74HC funciona a ratos y falla cuando conmuta varias compuertas a la vez. ¿Qué revisarías primero?
Respuesta
Los capacitores de desacoplo: un capacitor de 100 nF entre los pines 14 y 7 de cada chip, cerca de él. También el voltaje de alimentación medido en los pines de cada chip.
Un chip se coloca con el pin 1 en la fila 20, lado e. ¿En qué fila y lado queda el pin 8?
Respuesta
El pin 7 queda en la fila 26 del lado e, y el pin 8 frente a él: fila 26, lado f.