Lección 6 ELECTRÓNICA DIGITAL 1 er curso I.T. Telemática E.U.I.T. Informática de Gijón...
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Lección 6
ELECTRÓNICA DIGITAL
1er curso I.T. Telemática
E.U.I.T. Informática de Gijón
CIRCUITOS SECUENCIALES
CIRCUITO SECUENCIAL: la salida depende en cada instante no sólo del valor de las entradas sino también de los estados anteriores del circuito
CIRCUITOCOMBINACIONAL
MEMORIA
ET
QT-ΔT QT
ST=f(ET,QT-ΔT)
ESTADO:
Conjunto de variables binarias, finito, que en cualquier momento contienen la información precisa acerca del “pasado”, necesarias para explicar el funcionamiento del circuito
Variables de estado interno
Unidad básica de memoria: biestables
Biestable RS asíncrono
R
S Q
Q
0: borrado prioritario1: inscripción prioritaria
S (SET): pone a 1
R (RESET): pone a 0
Tabla de verdad para R y S activas por nivel alto
Biestable RS síncrono
Circuito de sincronización por nivel:•Si CLK=1 la entrada pasa•Si CLK=0 la entrada no pasa
RS
SS Q
QCLK
S
R
Preset
ClearEntradas síncronas:
Actúan cuando lo permite la señal de reloj•SET (pone a 1)•RESET (pone a 0)
Entradas asíncronas:Actuan instantaneamente•PRESET(pone a 1)•CLEAR (pone a 0)
Otros circuitos de sincronización
RS
SSCLK
S
Rsin
CLK
CLK
sin
RS
SSCLK
S
Rsin
CLK
CLK
sin
Pequeños pulsos de nivel alto coincidiendo con el flanco de subida de CLK
Pequeños pulsos de nivel alto coincidiendo con el flanco de bajada de CLK
CLK CLK
Biestable JK
K
J Q
QCLK
Pr
Clr
•Biestable SÍNCRONO POR FLANCO•Entradas asínronas Preset y Clear•J: equivalente a SS
•K: equivalente a RS
•Resuelve la indeterminación ante dos entradas síncronas activas
Biestable D
La salida sigue a la entrada (la mantiene durante un pulso de reloj)
D Q
QCLK
Pr
Clr
CLK
D
Q
K
J Q
QCLK
D
A partir de un JK
Biestable T
La salida cambia con los flancos activos de la señal de reloj
LA ÚNICA ENTRADA ES LA SEÑAL DE RELOJPr
Q
QCLK
Clr
CLK
Q
K
J Q
QCLK
“1”
A partir de un JK
Biestable LATCH
La salida sigue a la entrada mientras la señal de control esté activa: equivalente a un biestable D activo por nivel
E S
Ctrl
Ctrl
E
S
Registros de desplazamiento (I)
Permiten almacenar información de varios bits y tenerla accesible en serie y en paralelo
Entrada paralelo
Salida paralelo
Entrada serie
Salida serie
Entrada serie
Registros de desplazamiento (II)
CLK
D Q
Q
Pr Clr
D3
D Q
Q
Pr Clr
D2
D Q
Q
Pr Clr
D1
D Q
Q
Pr Clr
D0
Q3 Q2 Q1Q0
ENTRADA PARALELO
SALIDA PARALELO
Control de
carga paralel
o Salida serie
Contadores
Cuentan el número de pulsos que han llegado por la señal de reloj
TQ
CLK TQ
TQ
TQ
QA QB QC QD
CUENTA DESCENDENTE•Salidas Qi en biestables activos por flanco de bajada encadenados por la salida Q•Salidas Qi en biestables activos por flanco de subida encadenados por la salida Q
CUENTA ASCENDENTE•Salidas Qi en biestables activos por flanco de bajada encadenados por la salida Q•Salidas Qi en biestables activos por flanco de subida encadenados por la salida Q
Contador ascendente (I)
CLKQA
QB
QC
QD
TQ
CLK TQ
TQ
TQ
QA QB QC QD
Contador descendente (I)
CLKQA
QB
QC
QD
TQ
CLK TQ
TQ
TQ
QA QB QC QD
Contador ascendente (II)
QAN
QBN
QCN
QDN
TQ
CLK TQ
TQ
TQ
QAN QBN QCN QDN
CLKQA
QB
QC
QD
Contador descendente (II)
CLKQA
QB
QC
QD
TQ
CLK TQ
TQ
TQ
QAN QBN QCN QDN
QANQBN
QCN
QDN
Contador ascendente (III)
Contador descendente (III)
Aplicaciones de contadores
•Contador
•Divisor de frecuenciasfQi=fCLK/2i (frecuencia de la salida Qi)Si quiero dividir la frecuencia por una cantidad que no sea potencia de 2, reseteo el contador tras un cierto número de pulsos: reseteo tras n pulsos para dividir por n la frecuencia
•Temporizador:tQi=TCLK∙2i (tiempo que tarda Qi en ponerse a 1)Para temporizar un tiempo que no sea potencia de 2, se detectará con un circuito lógico la combinación necesaria
Contador BCD ascendente (I)
CLKQA
QB
QC
QDRESET
CLKQA
QB
QC
QDRESET
¡¡¡MAL!!!
Contador BCD ascendente (II)
CLKQA
QB
QC
QDRESET
CLKQA
QB
QC
QDRESET
OK
Contador BCD ascendente (III)
CLKQA
QB
QC
QDRESET
CLKQA
QB
QC
QDRESET
¡¡¡MAL!!!
Contador BCD ascendente (IV)
CLKQA
QB
QC
QDRESET
CLKQA
QB
QC
QDRESET
OK
Contador de Johnson
CLKQA
QB
QC
QD
Inicialización: 0000
nº estados diferentes = 2 x nº de biestables
Contador de anillo
CLKQA
QB
QC
QD
INI
Inicialización: 0001
Estados diferentes = nº de biestables
Contador binario modificado
CLKQA
QB
QC
QD
La salida de un biestable cambia si en el instante en el que llega el flanco activo de la señal de reloj las salidas anteriores son “1”
Contador de n bits: n-2 puertas AND
Método general de diseño de contadores síncronos
Idea general: ¿Qué tenemos que poner en las entradas J y K de un biestable para que tenga una transición determinada?
Tabla de verdad
Tabla de transiciones
Contador síncrono de 4 bits
CLK
K
J Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
K
J Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
K
J Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
K
J Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
Q0T+ΔT Q1T+ΔT Q2T+ΔT Q3T+ΔT
Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T
Ejemplo: contador BCD síncrono (I)
I nstante T I nstante T+ΔT Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 J 3 K3 J 2 K2 J 1 K1 J 0 K0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 0 X 1 X 0 0 0 1 0 0 1 0 0 X 0 X 1 X X 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 X 0 X X 0 1 X 0 0 1 1 0 1 0 0 0 X 1 X X 1 X 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 X X 0 0 X 1 X 0 1 0 1 0 1 1 0 0 X X 0 1 X X 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 X X 0 X 0 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 X X 1 X 1 X 1 1 0 0 0 1 0 0 1 X 0 0 X 0 X 1 X 1 0 0 1 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X X 1
Instante T Instante T+ΔT
Entradas
Funciones:J0(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T) K0(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)J1(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T) K1(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)J2(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T) K2(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)J3(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T) K3(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)
Ejemplo: contador BCD síncrono (II)
031 QQJ 102 QQJ 2103 QQQJ
102 QQK 01 QK 03 QK
1KJ 00
Ejemplo: contador BCD síncrono (III)
CLKQA
QB
QC
QD
Contadores síncronos con biestables D
Idea general: En el instante T tengo que tener en la entrada del biestable lo que quiera que aparezca en la salida después de la llegada del flanco activo de la señal de reloj (instante T+ΔT)
CLK
D Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
D Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
D Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
D Q
CIRCUITOCOMBINACIONAL
Q0T+ΔT Q1T+ΔT Q2T+ΔT Q3T+ΔT
Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T Q0T Q1T Q2T Q3T
Ejemplo: contador BCD síncrono (IV)
Funciones:DT = Q0T+ΔT = f(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)DT = Q1T+ΔT = f(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)DT = Q2T+ΔT = f(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)DT = Q3T+ΔT = f(Q0T, Q1T, Q2T, Q3T)
Ejemplo: contador BCD síncrono (V)
Q0T+ΔTQ1T+ΔT
Q2T+ΔTQ3T+ΔT
Con biestables D tenemos que diseñar menos funciones, pero éstas son más
complejas
Contador síncrono ascendente/descendente:74192 (BCD) y 74193 (binario)
Contador síncrono ascendente/descendentebinario/BCD: 4029
De características similares pero exclusivamente BCD o binario, el 74190 (BCD) o el 74191 (binario)