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08/11/2011
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PUNTO 1:FLIP-FLOPS
Prof. Luis Zurita
Circuitos Digitales II
Introduccin a los Sistemas Secuenciales
Durante esta unidad, se estudiarn los sistemassecuenciales o de lgica secuencial. En este caso, setoma informacin de la salida para retroalimentar aparte de las seales de entradas.
Si la informacin de entrada cambia, las salidaspueden o no cambiar.
CircuitoSecuencial
n entradas m salidas
Retroalimentacin
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LATCH
Dispositivos de almacenamiento temporal de dos estados(Biestable)
Permanecen en cualquiera de sus dos estados por larealimentacin que simplemente es conectar cada salidaa la entrada opuesta.
Los primeros latchs fueron los SR.
LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL ALTO
S R Q Q (NEGADO)
0 0 NC NC
1 0 1 0
0 1 0 1
1 1 0 0 (No vlido)
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LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL BAJO
S R Q Q (NEGADO)
1 1 NC NC
0 1 1 0
1 0 0 1
0 0 1 1 (No vlido)
SMBOLOS DE LATCH
S Q
R Q
S Q
R Q
ACTIVO POR NIVEL ALTO ACTIVO POR NIVEL BAJO
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LATCH COMO ELIMINA REBOTES
SR CON ENTRADA DE HABILITACIN
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LATCH TIPO D (DATA)
Slo dispone de una entrada (Data) No elimina la condicin no vlida, pero la evita.
DISPARADO POR FLANCO
R11k
1 2
U1:A
74LS04
1
23
U2:A
74LS00
3 4
U1:B
74LS04
A
B
C
D
SMBOLO
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DISPARADO POR FLANCOS
Flanco invertido
Entrada no invertida
Entrada invertida
Flanco detectado
SMBOLOS DE FF
S Q
E
R Q
SR ACTIVO POR NIVEL ALTO SR ACTIVO POR NIVEL BAJO
S Q
E
R Q
S Q
CLK
R Q
SR POR FLANCO DE SUBIDA SR POR FLANCO DE BAJADA
S Q
CLK
R Q
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SMBOLOS DE FFD POR FLANCO DE SUBIDA D POR FLANCO DE BAJADA
J Q
CLK
K Q
JK POR FLANCO DE SUBIDA JK POR FLANCO DE BAJADA
J Q
CLK
K Q
D Q
CLK
Q
D Q
CLK
Q
FLIP FLOP JK
Los Flip Flops JK son muy verstiles y muy utilizados. Los JK no tienen condiciones no vlidas.
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FUNCIONAMIENTO JK (J)
FUNCIONAMIENTO JK (K)
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FUNCIONAMIENTO JK (BASCULACIN)
TABLA DE LA VERDAD DE FF JKJ K CLK Q Q (Negado)
x x 0 NC NC
0 0 O NC NC
1 0 O 1 0
0 1 O 0 1
1 1 O BASCULACIN (TOGGLE)
Basculacin o modo T (Toggle), intercambiar el valorpresente en Q y Q negado, cada vez que se detecteuna transicin ascendente o descendente del reloj,segn sea su deteccin de flanco.
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ENTRADAS ASNCRONAS DEINICIALIZACIN Y BORRADO
Las entradas asncronas de inicializacin y borradopermiten en cualquier momento poner a 1 o a 0 a lasalida Q.
J Q
CLK
K Q
PRESET
CLEAR
ALGUNAS CARACTERSTICAS DE LOS FF
Investigar:
1) Retardo de propagacin
2) Tiempo de establecimiento
3) Tiempo de mantenimiento
4) Frecuencia mxima
5) Potencia disipada
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EL 555 Dispositivo ampliamente utilizado por su versatilidad,
al poder funcionar como multivibrador monoestabley aestable, as como proporcionar seales de relojpara los sistemas digitales con un rango de voltajeque oscila entre los 5 V hasta los 12V.
R4
DC 7
Q 3
GN
D1
VC
C8
TR2 TH 6
CV5
NE555
Leyenda:1)Tierra (GND)2) Disparo (Trigger)3) Salida (Out)4) Reinicio (Reset)5) Control de Voltaje (ControlVoltage)6)Umbral (Threshold)7)Descarga (Discharge)8)Alimentacin (Vcc)
555 COMO AESTABLE
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PUNTO 2:CONTADORES ASNCRONOS
Prof. Luis Zurita
CONTADORES ASNCRONOS
Los contadores son circuitos electrnicos que sirvenpara realizar o llevar conteos en binario y mediantecircuitos MSI, en decimal.
Los contadores son producto del arreglo de variosFlip-Flops interconectados.
El nmero de Flip-Flops que se utilizan y la forma enque se conectan determinan el nmero de estados otambin son llamados mdulos.
Segn sea la seal de reloj aplicada a los FF. Seclasifican en asncronos y sncronos.
En este tema estudiaremos los contadoresasncronos o contadores con propagacin (ripplecounters)
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FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORESASNCRONOS
Asncrono: sucesos que no poseen una relacintemporal fija o constante y que generalmente noocurren al mismo tiempo.
En los contadores asncronos los FF no reciben laseal de reloj al mismo tiempo.
A continuacin describiremos las principales partesde un contador asncrono de dos bits.
CONTADOR ASNCRONO DE 2 BITS
J14 Q 12
CLK1
K3 Q 13R2
U1:A74LS73
J7 Q 9
CLK5
K10 Q 8R6
U1:B74LS73
U1:A(CLK)
Reloj conectadonicamente al primer FF
FF trabajando en modo T,conectados a Vcc (5VDC)
Conexin en cascada. La seal de reloj esproporcionada por la salida del FF anterior
FF que da el bit menossignificativo (LSB)
FF que da el bit mssignificativo (MSB)
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CONTADOR ASNCRONO DE 2 BITS
CLK
Q0
Q1
Explicacin: La seal de reloj aplicada al FF0 produce cambiosen la salida Q0 de manera basculante (Al estar en modo T oToggle), en cada transicin descendente. La seal Q0 es la que leda el pulso de reloj al FF1.Q1 va a alternar su valor de salida (tambin en modo T), porcada flanco descendente de Q0.
El contador de 2 bits, se dice que tendr 2N estados,donde N es el nmero de Flip-Flops que tiene elcontador. Por tanto 22= 4 estados.
CLK Q1 Q0
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1
4 Reinicia la cuenta empieza nuevo
ciclo
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CONTADOR ASNCRONO DE 3 BITS
El funcionamiento del contador binario de 3 bits es elmismo que el contador asncrono de 2 bits, descritoanteriormente. La diferencia es que est constituidopor 3 FF.
El contador de 3 bits, se dice que tendr 23 estados,por tanto 23= 8 estados.
J14 Q 12
CLK1
K3 Q 13R2
U1:A74LS73
J7 Q 9
CLK5
K10 Q 8R6
U1:B74LS73
J14 Q 12
CLK1
K3 Q 13R2
U2:A74LS73
VCC VCC VCC
U1:A(CLK)
VCC
CLK Q2 Q1 Q0
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
8 Reinicia la cuenta empieza nuevo ciclo
TABLA DE ESTADOS SEAL DE SALIDA DELCONTADOR DE 3 BITS
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RETARDO DE PROPAGACIN
Los contadores asncronos, como se dijo al inicio deeste tema, son llamados contadores conpropagacin, debido a que el pulso de reloj queingresa al primer FF no llega inmediatamente alsegundo FF. Esto mismo aplica para el pulso que llegaal tercer FF proveniente del segundo FF.
Cuando hablamos de que no llega inmediatamente elpulso aplicado en la entrada hacia la salida, esto esdebido al retardo de propagacin, que recorre elinterior del FF hasta llegar a la salida.
RETARDO DE PROPAGACIN
TPLHQ0
TPLHQ1
TPLHQ2
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CONTADOR DE DCADAS ASNCRONO
El mdulo de un contador es el nmero deestados que se cuentan sin repetirse. Comovimos en el contador de 2 bits, el mdulo es 4,por contar 4 estados. En el contador de 3 bits, elmdulo es 8 por contar 8 estados.
En el caso de tener un contador de 4 bits, elmdulo sera de 16.
Pero, Cmo podemos hacer un contador de 10estados o mdulo 10?
R= Truncando la secuencia natural de uncontador de mdulo 16.
CONTADOR DE DCADAS ASNCRONO
Para truncar secuencias, la solucin la proporciona eluso de las compuertas AND y NAND.
Generalmente se utiliza la compuerta NAND. Recordemos su tabla de la verdad (2 entradas):
A B Q
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Notemos que estas compuertasproporcionan una nica salidacuando ambas entradas estn anivel alto. Propiedad valiosa paraproporcionar un oportuno RESETpresente en los FF
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CONTADOR DE DCADAS ASNCRONO
La norma para truncar una secuencia esdecodificar el estado siguiente en el que se deseaproporcionar un RESET o reiniciar la cuenta en 0.
Bajo esta sencilla norma, si queremos contarhasta diez (0 a 9), se debe decodificar el estadosiguiente (10) y mediante una compuerta NANDconectar su salida hacia los pines de RESET detodos los FF.
Veamos el siguiente circuito:
CONTADOR DE DCADAS ASNCRONO
Obsrvese que se ha decodificado elestado 10, producindose un RESET atodos los FF: Q3 Q2 Q1 Q0
1 0 1 0
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CIRCUITO INTEGRADO 74LS93
CIRCUITO INTEGRADO 74LS93
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GUA DE EJERCICIOS
Realice un contador (asncrono y luego sncrono) demdulo: 9, 10, 5, 6 y 7, con FF JK. Visualice losresultados en nmeros decimales.
Realice un contador en cascada (JK), cuya unidad,cuente del 0 al 9 y la decena, del 0 al 5. Visualice losdatos en decimal.
Realice el mismo diseo anterior, utilizando el CI7493.
Disee un divisor de frecuencia de 1MHz de entradaen 500 kHz y 250 KHz. Diseo libre.
GUA DE EJERCICIOS
Se tiene un registro de 5 bits, proveniente de uncontador de 5 bits (asncrono). Dicho registro secompara con el valor de un set point (registro fijo),cuyo valor es de 25. Cuando el registro del contadorsea igual al set point, debe reiniciar su cuenta.
Se tiene un sistema empaquetador de botellas, cuyacaja se llena con 24 botellas. Alcanzado este nmero,la caja se desplaza, permitiendo colocar una cajavaca. (Motor correa caja= 1 (0n) 0 (Off). Diseolibre.
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PUNTO 3:CONTADORES SNCRONOS
Prof. Luis Zurita
CONTADORES SNCRONOS
Los mismos conceptos iniciales del tema 2sobre contadores asncronos tienen validez paraeste tema (Mdulo, secuencias truncadas,divisores de frecuencia, estados, etc.).
Segn sea la seal de reloj aplicada a los FF.Se clasifican en asncronos y sncronos.
En este tema estudiaremos los contadoressncronos.
Sncrono: sucesos que poseen una relacintemporal fija o constante entre s.
En los contadores sncronos los FF reciben laseal de reloj al mismo tiempo.
A continuacin describiremos las principalespartes de un contador sncrono de dos bits.
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VCC
RELOJ
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
CONTADOR SNCRONO DE 2 BITS
Reloj conectado a todoslos FF del sistema
Primer FF trabajando enmodo T, conectados a Vcc(5VDC)
Conexin en cascada. El dato deentrada del FF depende de la salidadel FF anterior
FF que da el bitmenos significativo(LSB)
FF que da el bitms significativo(MSB)
FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
En los contadores asncronos, para cambiar elvalor del siguiente FF se dependa del FFanterior que daba el pulso del reloj.
En los contadores sncronos, se siguedependiendo del FF anterior, pero ahora paraproporcionar el valor de las entradas J y Q.
Se recuerda que el reloj llega al mismo tiempo atodos los FF.Ahora, si todos los FF reciben el flanco de
reloj al mismo tiempo, que impide de quecambien al mismo tiempo?
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FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
La respuesta anterior, es la causa de que loscontadores asncronos tengan un uso limitado.El retardo.
Cabe destacar que los contadores sncronoseliminan el problema del retardo acumulado quelimitaba la frecuencia de funcionamiento en losasncronos.
Pero: Cmo funciona ese retardo?En la siguiente lmina, se maximizar el efectodel retardo para entender su explicacin:
FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
Estado 1
Reloj
Q0
Q1
Retardo depropagacina travs deFF0
En este estado 1, el FF0cambia de estado, pero elretardo de propagacin quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida, nopermite que el FF siguientetenga un estado alto (1lgico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que nocambiar su valor de salida.
0
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FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
Estado 2
Reloj
Q0
Q1Retardo depropagacina travs deFF0 y FF1
En este estado 2, el FF0cambia de estado. Elretardo de propagacin quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida,permite que el FF siguientetenga un estado alto (1lgico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que cambiarsu valor de salida.
FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
Estado 3
Reloj
Q0
Q1Retardo depropagacina travs deFF0 y FF1
En este estado 3, el FF0cambia de estado, pero elretardo de propagacin quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida, nopermite que el FF siguientetenga un estado alto (1lgico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que nocambiar su valor de salida.
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FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SNCRONOS
Estado 4
Reloj
Q0
Q1Retardo depropagacina travs deFF0 y FF1
En este estado 4, el FF0cambia de estado. Elretardo de propagacin quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida,permite que el FF siguientetenga un estado alto (1lgico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que cambiarsu valor de salida.
CONTADOR SNCRONO DE 2 BITS
CLK
Q0
Q1
La seal continua es la seal terica de los FF. La sealpunteada es la seal real de los FF, los cuales presentanun retardo mnimo que permite su funcionamiento comocontadores sncronos. En esta grfica se pueden apreciarlos cuatro estados descritos en las lminas anteriores.
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El contador de 2 bits, se dice que tendr 2Nestados, donde N es el nmero de Flip-Flopsque tiene el contador. Por tanto 22= 4 estados.
CLK Q1 Q0
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1
4 Reinicia la cuenta empieza nuevo
ciclo
CONTADOR SNCRONO DE 3 BITS El funcionamiento del contador binario de 3 bits es el
mismo que el contador sncrono de 2 bits, descritoanteriormente. La diferencia es que est constituido por3 FF y que adems el dato de entrada depende del FF0y del FF1. (J1K1=Q0Q1)
El contador de 3 bits, se dice que tendr 23 estados, portanto 23= 8 estados.
VCC
RELOJ
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
J12 Q 9
CLK11
K15 Q 10
S14
R13
74111
1
23
74LS08
Q0Q1
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CLK Q2 Q1 Q0
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
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TABLA DE ESTADOS SEAL DE SALIDA DELCONTADOR DE 3 BITS
CLK
Q0
Q1
Q2
CONTADOR SNCRONO DE 4 BITS Para fines didcticos, a continuacin se
mostrar un contador de 4 bits. Elfuncionamiento es el mismo del anterior de 3bits, sin embargo observen la dependencia delos datos de entrada:
VCC
RELOJ
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
J4 Q 7
CLK5
K1 Q 6
S2
R3
74111
J12 Q 9
CLK11
K15 Q 10
S14
R13
74111
1
23
74LS08
Q0Q1
J12 Q 9
CLK11
K15 Q 10
S14
R13
74111
4
56
U4:B
74LS08
Q0Q1Q2
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INVESTIGACIN
En la actualidad se trabajan con circuitosintegrados de contadores, los ejercicios que serealizarn para el proyecto a evaluarse, DEBENser realizados con alguno de los siguientesmodelos:
74160, 74163, 74190, 74193. Esta norma es motivada a que son los circuitos
que se consiguen con mayor facilidad en elmercado.
INVESTIGACIN
El estudiante debe investigar su funcionamiento,y con especial atencin a las funciones querealizan las siguientes entradas:
MR, CEP(EP), CET(ET), CP, PE, TC (74160) CLR, LOAD, ENT, ENP, RCO (74163) CTEN, D/U, MAX/MIN (74190) CLEAR, LOAD, BORROW, CARRY, COUNT UP,
COUNT DOWM (74193)
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GUA DE EJERCICIOS
1. Realice un contador de personas para elcomedor del IUT Cuman, desde 000 hasta200 y reinicie la cuenta. Utilice cualquiera delos siguientes CI: 74160, 74163, 74193 u otrocontador sncrono de su preferencia.
2. Se tiene un sistema empaquetador de botellas,cuya caja se llena con 36 botellas. Alcanzadoeste nmero, la caja se desplaza, permitiendocolocar una caja vaca. (Motor correa caja= 1(0n) 0 (Off). Diseo Libre. La duracin deldesplazamiento es 2 segundos.
GUA DE EJERCICIOS
3. Se tiene un estacionamiento cuya capacidad esde 120 vehculos. Se tiene un sensor deentrada y uno de salida, que permiten subir obajar el nmero de vehculos. Si se llega a lacapacidad mxima, se debe mantener unabarrera activada, impidiendo el paso devehculos y activar un led indicando que elestacionamiento est lleno. (Barrera= 1(desactivada) 0 (activada). Diseo libre.
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GUA DE EJERCICIOS4. Realice un registrador de visitas (Datalogger)
en un centro comercial, para otorgarle unpremio cuando ingrese el visitante nmero 700,mediante una seal sonora (sirena). Diseolibre.
5. Observe el funcionamiento del video delcontador que se encuentra en nuestro blog,disee y simule su funcionamiento.
6. Disee un contador de personas para el centrode copiado del IUT Cuman, el conteo vadesde 00 hasta 100. Dispone de un botn deincremento y uno de decremento. Diseolibre.