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)