Regis Tros

Sistemas Digitales 2013

REGISTROS

I. INTRODUCCION

En el laboratorio, se desarrolla el análisis funcional de los circuitos secuenciales desarrollados con los biestables (Latch y Flip Flops); que permiten realizar funciones diversas con la información digital (desplazamiento, conversiones serie-paralelo, paralelo-serie, almacenamiento, etc) los cuales representan tareas importantes en un diseño digital viabilizando las funciones en una aplicación de un sistema digital de lógica cableada.

II. OBJETIVOS

1. OBJETIVOS GENERALES

Analizar e implementar los diversos circuitos de registros de desplazamiento (Shift register), registros de almacenamiento, registro universal; utilizando dispositivos integrados TTL y CMOS.

La visualización del funcionamiento de cada una de los circuitos de registros son implementados utilizando diodos leds en las salidas.

Implementar circuitos básicos con IC TTL y CMOS. Adquirir destreza para montaje y cableado de circuitos digitales en el

protoboard y/o en circuito impreso. Que el estudiante aprenda a utilizar los principios básicos para el análisis

de circuitos digitales secuenciales mediante simuladores y que tenga capacidad de realizar la detección de fallos, corregirlos y comprobar su buen funcionamiento.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Para cada circuito y/o dispositivo integrado considerado en el laboratorio. Buscar las referencias correspondientes en los manuales técnicos adecuados y/o internet.

Se analizara la operación de los circuitos secuenciales para determinar su respuesta en el tiempo (desarrollo de Tabla de estados y construcción del diagrama de tiempo).

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

1


Implementar cada circuito en protoboard, analizar su funcionamiento y luego comprobar el funcionamiento de cada uno de ellos; utilizando visualizadores led para las señales de salida.

III. RESUMEN

El experimento consta de circuitos secuenciales que desarrollan las funciones de registros, por lo que se debe atender especial atención de su análisis, funcionamiento, operación de los circuitos y los resultados obtenidos (respuesta de funcionamiento del circuito, diagramas de tiempo). Por lo que se recomienda efectuar las consultas previas en los apuntes de clases, manuales técnicos adecuados en relación a los dispositivos a emplear y los circuitos digitales a implementar. Por último se implementa el circuito con los circuitos integrados realizando conjuntamente pruebas individuales de su funcionamiento y al terminar dicho proceso se procede a hacer las verificaciones y desarrollo de las tablas de estados y construir los diagramas de tiempo.

IV. MARCO TEORICO

Un registro de desplazamiento es un circuito digital secuencial (es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consistente en una serie de biestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada, que basculan de forma síncrona con la misma señal de reloj. Según la conexión de las distintas básculas, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la información almacenada, bits, en las básculas. Es de señalar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales, que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, además de bidireccionales permiten la carga en paralelo.

Tipos de registros

Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como:

Serie-Serie: Sólo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización.

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

2


Fig. 1

Paralelo-Serie: Son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero sólo la salida del último. Normalmente también existe una entrada serie, que sólo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.

Fig. 2

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

3


Serie-Paralelo: Son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa.

Fig. 3

Paralelo-Paralelo: Tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para cálculos aritméticos.

Fig. 4

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

4


Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama así porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos.

Otros registros de desplazamiento conocidos, fabricados también con la tecnología CMOS, son el 74HC165 (entrada paralelo, salida serie) y 74HC164 (entrada serie, salida paralelo).

V. IMPLEMENTACION

1. Implementar el registro “SISO” mostrado en la Figura 5. Analice su funcionamiento, desarrolle la tabla de estados y construir el diagrama de estados; considerando el dato DATA: 1011. (Sugerencia Usar IC 74LS74)

Fig. 5 Registro de desplazamiento SISO.

Cuando mandamos una señal (0 o 1) a la entrada, esta se almacenara en el primer flip flop siempre y cuando haya un flanco de subida en el clk, si queremos que se almacene en el siguiente flip flop tendríamos que darle otro flanco de subida.

En el ejemplo que nos piden tenemos que ingresar 1 a la entrada, darle un flanco de subida; luego volvemos ingresamos 1 y le damos otro flanco de subida; después ingresamos 0 y le volvemos a dar un flanco de subida al clk; así los bits en las entradas que le vamos dando se van moviendo hacia la derecha del circuito.

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

5


TABLA DE ESTADOS

S R CLK

D Qn+1 Qn+1

L H X X H LH L X X L HL L X X - -H H ↑ H H LH H ↑ L L HH H L X Qn Qn

DIAGRAMA DE ESTADO

Fig. 6

2. Implementar el registro “SIPO” de la Figura 7, analice su funcionamiento, desarrolle su tabla de estados y graficar su diagrama de tiempo; considerando el dato: 1101. (Sugerencia: Usar IC 74LS74)

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

6


Fig. 7

Tiene el mismo funcionamiento que el primer circuito implemtentado, con la diferencia que se muesta todas las salidas de Q. Lo cual lo hace un SIPO;, entrada serie, salida paralela.

TABLA DE ESTADOS

S R CLK

D Qn+1 Qn+1

L H X X H LH L X X L HL L X X - -H H ↑ H H LH H ↑ L L HH H L X Qn Qn

DIAGRAMA DE ESTADO

Fig. 8

3. Implementar el registro de

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

7


almacenamiento asíncrono de 4 bits, mostrado en la Figura 9; analice su funcionamiento entregando datos de 4 bits, comprobando su transferencia a las salidas del registro.(Sugerencia Usar IC 74LS75)

Fig. 9

Fig. 10

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

8


Fig. 11

Cuando al enable del circuito esta en 1 habilita a todas las entradas y al ingresar los datos en cualquiera de ellas de observa que en la salida el mismo valor ingresado como se puede observar en la tabla mostrada. Esto ocurre en cualquiera de las de los latch tipo D del circuito mostrado en las entradas D1, D2, D3, D4 y sus salidas respectivas Q1, Q2, Q3, Q4.

TABLA DE ESTADOS

DIAGRAMA DE ESTADO

Fig. 12

4. Implementar el registro de almacenamiento síncrono de 4 bits mostrado en la figura 13, analice su funcionamiento.

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

9

ENTRADAS SALIDASD ENABLE Q Q0 1 0 11 1 1 0

X O Q0 Q0


Fig. 13

Las entradas y las salidas se encuentran en paralelo inmediatamente después de introducir simultáneamente todos los bits de datos, estos aparecen en paralelo en las salidas.

Este circuito es un registro de almacenamiento síncrono debido a que siempre que exista una señal de reloj la entrada pasara a la salida en caso contrario la salida permanecerá en estado de memoria y no será afectado por la entrada.

TABLA DE ESTADOS

DIAGRAMA DE ESTADO

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

10


Fig. 14

5. Implementar el Registro Universal (IC 74LS194), verificando el funcionamiento:

a) Carga Paralelab) Desplazamiento derecha.c) Desplazamiento izquierda.d) Estado memoria.

TABLA DE ESTADOS

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

11


DIAGRAMA DE ESTADO

Fig. 15

6. Analizar el funcionamiento del IC 74LS259, como registro direccionable, compruebe su tabla de verdad y diagrama de tiempo.

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

12


Fig. 16

En el análisis del circuito integrado observamos que tienen diferentes funciones las más importantes podemos mencionar la de memoria y las salidas direccionables la cual podemos seleccionar a cualquiera de las que nosotros deseamos y podemos observar en la siguiente tabla

Tabla de Estado

CLEAR E FUNCION

1 0 LATCH DIRECCIONABLE

1 1 MEMORIA

0 0 DEMULTIPLEXOR

0 1 CLEAR

Fig. 16

Diagrama de Estado

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

13


Fig. 17

APLICACIONES:

Además de la conversión serie-paralelo y paralelo-serie, los registros de desplazamiento tienen otras aplicaciones típicas:

Generador pseudoaleatorio. Se construye con un registro de desplazamiento, realimentando a la entrada una combinación de varias salidas, normalmente un or exclusivo entre ellas.

Multiplicador serie. Se realiza la multiplicación mediante sumas y desplazamientos. Un ejemplo es el 74LS384.

Registro de aproximaciones sucesivas. Se usa en conversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el más significativo. Mediante un conversor DAC se compara la entrada analógica con los resultados parciales, generando el siguiente bit.

Retardo. Se pueden utilizar para retardar un bit un número entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits).

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

14


VI. CONCLUSIONES

Uni

vers

idad

Nac

iona

l del

Cal

lao

15

Documents

Regis Tros