Sistemas Secuenciales Electrónica Digital Electrónica Básica José Ramón Sendra Sendra Dpto. de...

Sistemas Secuenciales

Electrónica Digital

Electrónica Básica

José Ramón Sendra SendraDpto. de Ingeniería Electrónica y AutomáticaULPGC

Combinacional: las salidas dependen de las entradas

Secuencial: las salidas dependen de las entradas y de valores anteriores de determinadas salidas ( e.d. depende de la vida pasada del circuito)

CIRCUITOS SECUENCIALES

Sistemacombinacional

Circuito derealimentación

Entradas

Salidas

Los circuitos secuenciales pueden ser:

•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj

•Síncronos: dependen de un reloj

CIRCUITOS SECUENCIALES

Sistemacombinacional

Entradas

Salidas

Salidas queactúan comoentradas

Sistemacombinacional

Elementos dememoria

Entradas

Salidas

Generador deimpulsos de

reloj

Las células básicas de los circuitos secuenciales son los biestables los cuales pueden ser:

•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj

•Síncronos: dependen de un reloj

•Activos por nivel

•Activos por flanco Flip-Flops

Los más utilizados son:•RS•JK•D•T•etc

CIRCUITOS SECUENCIALES

BIESTABLE RS NOR

BIESTABLES ASÍNCRONOS

S

0 0 1 1

R

0 1 0 1

Q(t+1)

Q(t) 0 1

Indeseable

Q(t+1)

Q(t) 1 0

S 0 0 0 0 1 1 1 1

R 0 0 1 1 0 0 1 1

Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1

Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 - -

No cambiaResetSet

- -

Indeseable

Cuando RS la salida sigue a la S

No cambia

S

R Q

Q

Tabla de Verdad

BIESTABLE RS NOR

BIESTABLES ASÍNCRONOS

Q(t)

0 0 1 1

Q(t+1)

0 1 0 1

S

R Q

Q

Tabla de Transición

S

0 1 0 X

R

X 0 1 0

BIESTABLE RS NAND

BIESTABLES ASÍNCRONOS

S

0 0 1 1

R

0 1 0 1

Q(t+1)

Q(t) 0 1

Indeseable

Q(t+1)

Q(t) 1 0

S 0 0 0 0 1 1 1 1

R 0 0 1 1 0 0 1 1

Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1

Q(t+1) - - 1 1 0 0 0 1

No cambiaResetSet

- -

Indeseable

Cuando RS la salida sigue a la R

No cambia

S

R Q

Q

Tabla de Verdad

BIESTABLE RS NAND

BIESTABLES ASÍNCRONOS

Q(t)

0 0 1 1

Q(t+1)

0 1 0 1

Tabla de Transición

S

1 0 1 X

R

X 1 0 1

S

R Q

Q

BIESTABLE JK

BIESTABLES ASÍNCRONOS

J

0 0 1 1

K

0 1 0 1

Q(t+1)

Q(t) 0 1

Cambia

Q(t+1)

Q(t) 1 0

J 0 0 0 0 1 1 1 1

K 0 0 1 1 0 0 1 1

Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1

Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 1 0

No cambiaResetSet

Cambia

Cuando JK la salida sigue a la J

No cambia

K

J Q

Q

Tabla de Verdad

Q(t) Q(t)

Oscilación para J=K=1 Carreras No se suelen usar Sol: Biestable JK M/S

BIESTABLE JK

BIESTABLES ASÍNCRONOS

Q(t)

0 0 1 1

Q(t+1)

0 1 0 1

Tabla de Transición

J

0 1 X X

K

X X 1 0

K

J Q

Q

BIESTABLE TIPO T ( = JK cortocircuitando J=K)

BIESTABLES ASÍNCRONOS

T

0 0 1 1

Q(t)

0 1 0 1

Tabla de Verdad

Q(t+1)

0 1 1 0

T Q

Q

No cambia

Cambia (TOGGLE)

BIESTABLE TIPO D ( No hace nada, sirve de memoria)

BIESTABLES ASÍNCRONOS

Q(t)

Q(t)

D

NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS

Generación de un GLITCH

NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS

Efecto de un GLITCH sobre un biestable

Entradas asíncronas no dependen de reloj PRESET (poner a 1 la salida) y CLEAR (poner a 0 la salida)

BIESTABLES SÍNCRONOS

Activas a nivel alto Activas a nivel bajo

PR

CLR

PR

CLR

No pueden estar activas a la vez

Entradas de reloj CK, CLK, CLOCK ...

BIESTABLES SÍNCRONOS

Disparo por nivel

nivel altoCLK

nivel bajoCLK

Disparo por flanco

flanco de subida CLK

flanco de bajada CLK

Entradas síncronas dependen del reloj R, S, J, K, T, D

BIESTABLES SÍNCRONOS

S

R

K

J T

Orden de prioridad:

1.- Entradas Asíncronas2.- Entrada de Reloj3.- Entradas Síncronas

BIESTABLES SÍNCRONOS

S

R Q

Q

PR

CLR

CLK S

R Q

Q

PR

CLR

CLK

BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR NIVEL

BIESTABLES SÍNCRONOS

S

R Q

QC

C S R Q Q0 X X Q Q1 0 0 Q Q1 0 1 0 11 1 0 1 01 1 1 1 1

BIESTABLE RS SÍNCRONO CON ENTRADAS ASÍNCRONAS

BIESTABLES SÍNCRONOS

S

R Q

Q

PR

CLR

CLKC S R Q(t+1)X X X 1X X X 0X X X 1*

0 0 Q(t)1 0 10 1 01 1 Indeterminado

Indeseado

PR CLR0 11 00 01 11 11 11 1

BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO (FLIP-FLOP)

BIESTABLES SÍNCRONOS

S

R Q

QCLK

C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 1 1

BIESTABLE JK MAESTRO ESCLAVO (MASTER-SLAVE)

BIESTABLES SÍNCRONOS

FLIP-FLOP JK SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO

BIESTABLES SÍNCRONOS

K

J Q

QCLK

K

J Q

QCLK

C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q

C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q

BIESTABLE TIPO D

BIESTABLES SÍNCRONOS

D Q

QCLK

C D Q(t) Q(t+1)0 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 01 1 0 11 1 1 1

Modo memoria

Modo transparente

FLIP-FLOP TIPO D

BIESTABLES SÍNCRONOS

FLIP-FLOP TIPO T

BIESTABLES SÍNCRONOS

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

Definición: Circuito secuencial cuyas salidas representan en un determinado código el número de impulsos que se aplican a la entrada

Estructura: Biestables activados por flanco (FF) conectados entre sí

Módulo (M): número de valores por los que pasa (divisor por M)

Tipos: •Ascendentes•Descendentes

Tipos: •Asíncronos Los FF no comparten la misma señal de reloj•Síncronos Los FF comparten la misma señal de reloj:

•Síncronos propiamente dichos•Contadores basados en registros de desplazamiento

CONTADORES

CONTADORES

CONTADORES ASÍNCRONOS

Secuencia

de cuentaCondiciones de funcionamiento

A2 A1 A0

0 0 0

0 0 1 A0 cambia de 0 a 1

0 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.

0 1 1 A0 cambia de 0 a 1

1 0 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 1 a 0; A2 cambia

1 0 1 A0 cambia de 0 a 1

1 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.

1 1 1 A0 cambia de 0 a 1

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

“1”

Entrada deimpulsos acontar

QA QB QC

Q Q Q

CONTADORES

CONTADORES ASÍNCRONOS Utiliza FF tipo T o tipo JK

Problema lento ya que cada FF debe esperar a que el anterior bascule

Módulo = M = 2n = 23 = 8 impulsos

CONTADORES

CONTADORES ASÍNCRONOS Módulo 2n

Se parte de un contador de M = 2n y se conecta la primera combinación no deseada mediante una NAND a las entradas CLEAR de los FF JK o T.

Ej: contador M = 12

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

“1”

Entrada deimpulsos acontar

C C C C

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S

TABLA DE TRANSICIONES SEÑALES DE CONTROL

ESTADO ACTUALESTADO

SIGUIENTEENTRADAS SÍNCRONAS

QD QC QB QA QD QC QB QA J D KD J C KC J B KB J A KA

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 1 0 1 0 X 0 0 X 1 X X 1

1 0 1 0 1 0 1 1 X 0 0 X X 0 1 X

1 0 1 1 1 1 0 0 X 0 1 X X 1 X 1

1 1 0 0 1 1 0 1 X 0 X 0 0 X 1 X

1 1 0 1 1 1 1 0 X 0 X 0 1 X X 1

1 1 1 0 1 1 1 1 X 0 X 0 X 0 1 X

1 1 1 1 0 0 0 0 X 1 X 1 X 1 X 1

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S

Simplificamos por Karnaugh:

JD=KD=QAQBQC

JC=KC=QAQB

JB=KB=QA

JA=KA=“1”

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

“1”

Entrada deimpulsos acontar

QA QB QC QD

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S

Podemos ahorrar puertas lógicas si nos damos cuenta que:

JA=KA=“1”

JB=KB=QA

JC=KC=JBQB

JD=KD=JCQC

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

J

K

Q

CLK

“1”

C

QA QB QC QD

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: UP/DOWN Counter M = 5

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS Ej: UP/DOWN Counter M = 5

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA Ej: Contador de la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA Ej: Contador de la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO CONTADOR EN ANILLO

CONTADORES

CONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO CONTADOR JOHNSON O ANILLO INVERTIDO