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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTOQuinatoa Vinocunga Erika Vanessa
e-mail: [email protected] Esquivel Luis Clinton
e-mail:[email protected]
IngenieraMecatrnica, sexto, Universidad de las Fuerzas Armadas
ESPE - ExtensinLatacunga, Mrquez de Maenza S/N Latacunga,
Ecuador.
Fecha de presentacin: 12 de agosto del 2015
RESUMEN: En el presente documento se va a
explicar acerca de registros de desplazamiento el cual
son circuitos digitales secuenciales (es decir, que los
valores de sus salidas dependen de sus entradas y de
los valores anteriores) sus configuraciones yfuncionamiento,
tambin cmo configurar las
aplicaciones de contadores que pueden emplearse para
controlar la secuencia de operaciones en un sistema
con menor dificultad y complejidad en su generacin.
As como tambin proporcionar diseos de aplicaciones
de contadores con registros de desplazamientos.
PALABRAS CLAVE: Registro, desplazamiento,bidireccional, pulso,
decodificador.
1. INTRODUCCIN
Los registros de desplazamiento son un tipo decircuitos lgicos
secuenciales, que estn relacionadoscon los contadores
digitales.
Los registros se utilizan principalmente paraalmacenar datos
digitales y normalmente no poseenuna secuencia caracterstica
interna de estados comolos contadores.
Se pueden hacer contadores de una forma mssencilla con mayor
nmero de flip-flops utilizando otrosmtodos de diseo. Los cdigos de
salida obtenidos nosuelen ser binarios naturales pero pueden ser
uncdigo til para ciertas aplicaciones, como por ejemplopara la
generacin de estados sucesivos, loscontadores de este tipo ms
conocidos son el contadoren anillo (mdulo n) y el contador Johnson
(mdulo 2n).
2. CARACTERSTICAS GENERALES
2.1 FUNCIONES BSICAS DE LOS
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
Los registros de desplazamiento estnformados por un conjunto de
flip-flops.
Son muy importantes en las aplicaciones queprecisan almacenar y
transferir datos dentrode un sistema digital.
La diferencia bsica entre un registro y uncontador es que un
registro no tiene unasecuencia de estados especfica, excepto
enciertas aplicaciones muy especializadas.
En general, un registro se utiliza nicamentepara almacenar y
desplazar datos (1s y 0s).
2.2 TIPOS DE REGISTROS DE
DESPLAZAMIENTO
Los registros se pueden clasificar en funcin cmose lean o
escriban los bits, as podemos encontrar: [8]
Registros con entrada serie (entrada hacereferencia a escritura)
y salida serie (salidahace referencia a lectura) [8]
Registros con entrada serie y salida paralelo.[8]
Registros con entrada paralelo y salida serie.
[8]
Registros con entrada paralelo y salida
paralelo. [8]
3. DESARROLLO
3.1 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
En un registro es un circuito digital con dosfunciones bsicas:
almacenamiento de datos ymovimiento de datos. La capacidad de
almacenamientode un registro le convierte en un tipo importante
dedispositivo de memoria. [4]
mailto:[email protected]:[email protected]
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Concepto de almacenamiento de un 1 o un 0 enun flip-flop Dver
Fig 1.Como se muestra, se aplica un1 a la entrada de datos y un
impulso de reloj que haceque se almacene el 1, pasando el flip-flop
a estadoSET. Cuando se elimina el 1 de la entrada, el
flip-floppermanece en dicho estado SET, quedandoalmacenado el 1.El
procedimiento que se utiliza paraalmacenar un 0 es similar y pone
en estado RESET alflip-flop. [4]
Figura 1.El flip-flop como elemento dealmacenamiento.Fuente:
Floy, 2006, [4].
La capacidad de almacenamiento de un registroes el nmero total
de bits (1s y 0s) de un dato digital
que puede contener. Cada etapa (flip-flop) de unregistro de
desplazamiento representa un bit de sucapacidad de almacenamiento;
por tanto, el nmero deetapas de un registro determina su capacidad
dealmacenamiento. [4]
La capacidad de desplazamiento de un registropermite el
movimiento de los datos de una etapa a otradentro del registro, o
la entrada o salida del mismo, enfuncin de los impulsos de reloj
que se apliquen. [4]
3.2 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTOCON ENTRADA Y SALIDA SERIE
Los registros de desplazamiento con entrada ysalida serie
aceptan datos en serie, es decir, un bitcada vez por una nica lnea.
La informacinalmacenada es entregada a la salida tambin en
formaseriever Fig 2.[4]
Figura 2.Registro de desplazamiento con entrada ysalida
serie.Fuente: Floy, 2006, [4].
3.3 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
CON ENTRADA SERIE Y SALIDA
PARALELO
En este tipo de registro los bits de datos se
introducen en serie (empezando por el bit situado msa la
derecha), del mismo modo que se ha visto en eltipo anterior. La
diferencia est en la forma en quedichos bits se extraen del
registro; en un registro consalida paralelo, se dispone de la
salida de cada etapa.Una vez que los datos se han almacenado, cada
bit sepresenta en su respectiva lnea de salida, estandodisponibles
todos los bits simultneamente, en lugar debit a bit como en el caso
de la salida serie. [4]
Figura 3.Registro de desplazamiento con entradaserie-salida
paralelo.Fuente: Floy, 2006, [4].
Registro de desplazamiento de 4 bits con entradaserie-salida
paralelo, y su smbolo lgicover Fig 3. [4]
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3.3.1 REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO DE
8 BITS CON ENTRADA SERIE Y
SALIDA PARALELO 74LS164
El 74HC164 es un ejemplo de registro dedesplazamiento en formato
de circuito integrado, que
funciona con entrada serie-salida paralelo.[4]
Observe que este dispositivo dispone de dosentradas serie, , a
travs de una puerta, y unaentrada de borrado activa a nivel BAJO .
Lassalidas paralelo son hasta ver Fig 4.[4]
Figura 4.El registro de desplazamiento de 8 bits conentrada
serie-salida paralelo 74LS164.Fuente: Floy, 2006, [4].
3.4 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
CON ENTRADA PARALELO Y SALIDA
SERIE
En un registro con entradas de datos paralelo, losbits se
introducen simultneamente en sus respectivasetapas a travs de lneas
paralelo, en lugar de bit a bit atravs una nica lnea como ocurre
con las entradas dedatos serie. La salida serie se hace del mismo
modoque se ha descrito antes, una vez que todos los datosestn
almacenados en el registro ver Fig 5.[4]
Figura 5.Registro de desplazamiento de 4 bits conentrada
paralelo-salida serie.Fuente: Floy, 2006, [4].
3.4.1 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
DE 8 BITS CON CARGA PARALELO
74LS165
El 74LS165 es un ejemplo de registro dedesplazamiento en formato
de circuito integrado que
trabaja con entrada paralelo y salida serie (tambinpuede
funcionar con entrada y salida serie) ver Fig 6.[4]
La entrada a nivelBAJO activa todas las puertas NAND para
realizar la
carga paralelo.[4]
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Figura 6.El registro de desplazamiento de 8 bits concarga
paralelo 74LS165..Fuente: Floy, 2006, [4].
3.5 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
CON ENTRADA Y SALIDA PARALELO
Se ha descrito la entrada en paralelo de datos y lasalida en
paralelo de datos anteriormente. El registro deentrada y salida
paralelo aplica ambos mtodos.[4]
Inmediatamente despus de introducirsimultneamente todos los bits
de datos, stosaparecen en paralelo en las salidas paralelover Fig
7.[4]
Figura 7.Registro de entrada y salida paralelo.
Fuente: Floy, 2006, [4].
3.5.1 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO DE
4 BITS DE ACCESO PARALELO
74LS195
El 74LS195 puede utilizarse para trabajar conentrada y salida
paralelo. Dado que tambin dispone deuna entrada serie, se puede
emplear para trabajar conentrada y salida serie, o entrada serie y
salida paralelo.
Puede usarse para funcionar con entrada paralelo ysalida serie
utilizando Q3 como salida. Se muestra susmbolo lgico tpicover Fig
8.[4]
Figura 8.El registro de desplazamiento de 4 bits conacceso
paralelo 74LS195.Fuente: Floy, 2006, [4].
3.6 APLICACIN DE REGISTROS DE
DESPLAZAMIENTO
Este sistema secuencial es muy utilizado en lossistemas
digitales. Un ejemplo de esto se ve en lascalculadoras comunes,
donde al escribir una cifra devarios nmeros, se nota que el primer
nmero pulsadole cede espacio a los dems corrindose a la
izquierda,
donde adems se nota que hay caractersticas dememoria porque se
mantienen visualizados losnmeros pulsados ver Fig 9.[9]
Figura 9.Ejemplo de registro de desplazamientoFuente:
Internet-ladelec, [9].
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3.7 CONTADOR DE ANILLO
Este contador de registro de desplazamiento massimple es un
registro de desplazamiento circulante quese conecta de modo que el
ltimo FF desplaza su valoral primer FF ver Fig 10, en el que se
emplea flip-flopstipo D (tambin se puede usar flip-flop tipo J-K)
[1]
Figura 10. Contador de anillo de 4 bits.Fuente:Tocci,2003,
[1].
Los flip-flop estan conectados de forma que lainformacin se
desplaza de izquierda a derecha y deregreso de a en la mayoria de
casos, solo unindividual se encuentra en el registro y se hace
circularalrededor de este siempre y cuando se apliquen pulsosde
reloj. Por esta razn de denomina contador de anillo[1]
La forma de onda, la tabla de secuencias y eldiagrama de estados
ver Fig 11 (a), (b), (c) muestra losdiversos estados del flip-flop
a medida que se aplicanpulsos [1]
Figura 11 (a).Contador de anillo de 4 bits, formas deondas.
Fuente:Tocci,2003, [1].
Figura 11 (b).Contador de anillo de 4 bits, tabla
sesecuencia.Fuente:Tocci,2003, [1].
Figura 11 (c).Contador de anillo de 4 bits, diagrama
deestados.Fuente:Tocci,2003, [1].
Este contador funciona como un contador MOD-4,puesto que tiene
cuatro estados diferentes antes deque se repita la secuencia.
Aunque esta circuito noprogresa a travez de la secuencia de conteo
binarianormal, aun se considera un contador porque cadaconteo
corresponde a un conjunto unico de estados delFF [1]
Cada onda de salida del FF tiene una frecuenciaigual a un cuarto
de la frecuencia del reloj, ya que setrata de un contador de anillo
MOD-4 [1]
Los contadores de anillo se pueden construir para
cualquier nmero de MOD deseado; en un contador deanillo de MOD-N
se emplea N flip-flops conectados enla configuracin ver Fig 10.
En general un contador de anillo necesitara msflip-flops que un
contador binario para el mismo nmerode MOD; por ejemplo un contador
de anillo de MOD-8requiere ocho flip-flop, en tanto que un contador
binarioMOD-8 requiere tres flip-flops [1]
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Los contadores de anillo se emplean debido a que sepuede
decodificar sin el uso de compuertas dedecodificacin. [1]
Las aplicaciones de los contadores de anillo seemplean para
controlar la secuencia de operaciones enun sistema. [1]
3.7.1 INICIALIZACIN DE UN CONTADOR
DE ANILLO
Para que un contador de anillo opere de maneraapropiada debe
iniciar con solo un FF en estado 1 ytodos los dems en estado 0.
Debido a que los estadosiniciales de los flip-flops sern
impredecibles almomento del encendido, el contador de
debepreestablecer al estado inicial requerido antes de laaplicacin
de pulsos de reloj. Para esto es se aplica unpulso momentneo a la
entrada asncrona de uno
de los flip-flops y a la entrada de todos los otrosflip-flops.
[1]
3.8 CONTADOR JOHNSON
El contador Johnson o de anillo trenzado seconstruye exactamente
igual que un contador de anillonormal. Excepto que la salida
invertida del ltimo FF seconecta a la entrada del primer FF ver Fig
12.
Figura 12.Contador Johnson MOD-6.Fuente:Tocci,2003, [1].
La salida est conectada de regreso a laentrada D de . Esto
significa que el inversor del nivelalmacenado en se transfiere a en
el pulso delreloj. [1]
La operacin del contador Johnson es fcil deanalizar si se toma
en cuenta que en cada transmisinpositiva del pulso de reloj, el
nivel en se desplaza a, el nivel en a y el inverso del nivel en
sedesplaza a . [1]
Inicialmente todos los flip-flops estn en 0, sepuede generar las
formas de onda, la tabla desecuencias y el diagrama de estados ver
Fig 13 (a),(b), (c)
Figura 12 (a).Contador Johnson MOD-6, formas
deondas.Fuente:Tocci,2003, [1].
Figura 13 (b). Contador Johnson MOD-6, tabla
desecuencias.Fuente:Tocci,2003, [1].
Figura 13 (c). Contador Johnson MOD-6, diagrama
deestados.Fuente:Tocci,2003, [1].
El nmero de MOD de un contador Johnsonsiempre ser igual al doble
del nmero de flip-flops. Porejemplo, si se conecta cinco
flip-flops, el resultado ser
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un contador Johnson MOD-10, donde cada forma deonda de salida
del FF es una onda cuadrada a undcimo de la frecuencia de reloj.
[1]
Para construir un contador de MOD-N (donde N
es un nmero par), conectando flip-flops a una
configuracin de contador Johnson. [1]
3.8.1 DECODIFICAR UN CONTADOR
JOHNSON
Un contador Johnson requiere compuertas dedecodificacin a
diferencia que un contador de anillono. La compuerta lgica en un
contador Johnson se usapara decodificar cada conteo. ver Fig
14.
Cada compuerta de decodificacin solo tiene dosentradas, aunque
hay tres flip-flops. Esto se debe a quepara cada conteo, dos de los
tres flip-flops seencuentran en una combinacin de estados nica.
[1]
Figura 14. Lgica de decodificacin para un controladorJohnson
MOD-6.Fuente: Tocci,2003, [1].
3.9 APLICACIONES
Aplicacin del contador de Johnson comosecuenciador de sistemas.
[2]
Imagine que CLK tiene una frecuencia de 1Hz, yque se conecta
cada salida del contador al ENABLE decasa uno de los cinco sistemas
a controlar,ver Fig 14.
Cada sistema se conecta un segundo de cadacinco segundos. Este
es un caso tpico en el que elcontador establece un control por
secuencia. [2]
Figura15. Aplicacin del control por desplazamiento.Fuente:
Angulo, [2].
4 CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES
Los registros de desplazamiento estnformado por un conjunto de
flip flop , estos sonaplicados para almacenar y transferir
datosdentro de un sistema digital.
Los registros son empleados nicamente paraalmacenar y desplazar
datos (0s y 1s) adiferencia de los contadores que como sunombre lo
dice son empleados para contar yfuncionan mediante el pulso de
reloj que se leaplique.
Los registros de desplazamiento dependen dela capacidad de
almacenamiento, este puedeconvertirse en un dispositivo de memoria,
su
capacidad de almacenamiento es el numerode bits total de un dato
digital. El contador Johnson representan un punto
medio entre el contador de tipo anillo y loscontadores
binarios.
El contador de tipo anillo se puede modificarligeramente para
producir otro tipo de contadorde registro de desplazamiento, que
tendrpropiedades un poco diferentes, contadorJohnson.
La diferencia entre el contador Johnson y elcontador de anillo
est en la conexin delultimo flip flop con el primer flip flop, as
para elcontador Johnson su conexin ser entre lasalida inversa del
ultimo flip flop con la entrada
del primer flip flop que a diferencia delcontador tipo anillo su
conexin ser con lasalida no invertida del ultimo flip flop.
Adems los contadores Johnson utilizan N /2nmero de flip flop
dependiendo del mdulodel contador (MOD N) deseado que adiferencia
del contador tipo anillo emplean Nnmero de flip flop para ejecutar
su proceso,con la desventaja que el contador Johnsonrequiere
decodificacin.
5 REFERENCIAS
[1] Tocci, Ronald J. y Widmer, Neal S., SistemasDigitales ,8
edicin, Pearson Educacion, pp.370-374. Mxico, 2003.
[2] Angulo, Martnez I., Garca, Zuba J. y Angulo,Usategui J.,
Sistemas Digitales y Tecnologade Computadores. ,2 edicin, Thomson,
pp.338-339.
[3] Van Nostrand Reinhold Company., Circuitosintegrados y
sistemas. ,2 edicin, REVERT,S.A., pp. 378-387.New York, 1975.
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8/8
8
[4] T. Floyd. Fundamentos de sistemas dgitales,ed., Prentice
Hall, NJ, 2006.
[5] Morris Mano, Diseo Digital,3 edicin,Pearson Educacion,
Mxico, 2003.
[6] Charles H Roth Jr, Fundamentos de diseolgico, 5 edicin,
Thomson, Buenos aires,2005.
[7] E. Mandado. Sistemas electrnicos digitales,ed., Alfomega
grupo editor, S.A. 2008.
[8]
Recuperado(27/06/2015)en:http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4922/html/21_registros_de_desplazamiento.html
[9]
Recuperado(27/06/2015)en:http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/206-registros-dedesplazamiento
[10]
Recuperado(27/06/2015)en:https://www.academia.edu/5172278/Contadores_y_registros
http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/206-registros-dehttp://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/206-registros-dehttps://www.academia.edu/5172278/Contadores_y_registroshttps://www.academia.edu/5172278/Contadores_y_registroshttps://www.academia.edu/5172278/Contadores_y_registroshttps://www.academia.edu/5172278/Contadores_y_registroshttp://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/206-registros-dehttp://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/206-registros-de
