Contadores sincronos y asíncronos

08/11/2011

1

PUNTO 1:FLIP-FLOPS

Prof. Luis Zurita

Circuitos Digitales II

Introducción a los Sistemas Secuenciales

• Durante esta unidad, se estudiarán los sistemassecuenciales o de lógica secuencial. En este caso, setoma información de la salida para retroalimentar aparte de las señales de entradas.

• Si la información de entrada cambia, las salidaspueden o no cambiar.

CircuitoSecuencial

n entradas m salidas

Retroalimentación

08/11/2011

2

LATCH

• Dispositivos de almacenamiento temporal de dos estados(Biestable)

• Permanecen en cualquiera de sus dos estados por larealimentación que simplemente es conectar cada salidaa la entrada opuesta.

• Los primeros latch’s fueron los SR.

LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL ALTO

S R Q Q (NEGADO)

0 0 NC NC

1 0 1 0

0 1 0 1

1 1 0 0 (No válido)

08/11/2011

3

LATCH SR ACTIVADO POR NIVEL BAJO

S R Q Q (NEGADO)

1 1 NC NC

0 1 1 0

1 0 0 1

0 0 1 1 (No válido)

SÍMBOLOS DE LATCH

S Q

R Q

S Q

R Q

ACTIVO POR NIVEL ALTO ACTIVO POR NIVEL BAJO

08/11/2011

4

LATCH COMO ELIMINA REBOTES

SR CON ENTRADA DE HABILITACIÓN

08/11/2011

5

LATCH TIPO D (DATA)

• Sólo dispone de una entrada (Data)

• No elimina la condición no válida, pero la evita.

DISPARADO POR FLANCO

R11k

1 2

U1:A

74LS04

1

23

U2:A

74LS00

3 4

U1:B

74LS04

A

B

C

D

SÍMBOLO

08/11/2011

6

DISPARADO POR FLANCOS

Flanco invertido

Entrada no invertida

Entrada invertida

Flanco detectado

SÍMBOLOS DE FF

S Q

E

R Q

SR ACTIVO POR NIVEL ALTO SR ACTIVO POR NIVEL BAJO

S Q

E

R Q

S Q

CLK

R Q

SR POR FLANCO DE SUBIDA SR POR FLANCO DE BAJADA

S Q

CLK

R Q

08/11/2011

7

SÍMBOLOS DE FFD POR FLANCO DE SUBIDA D POR FLANCO DE BAJADA

J Q

CLK

K Q

JK POR FLANCO DE SUBIDA JK POR FLANCO DE BAJADA

J Q

CLK

K Q

D Q

CLK

Q

D Q

CLK

Q

FLIP FLOP JK

• Los Flip Flop’s JK son muy versátiles y muy utilizados.

• Los JK no tienen condiciones no válidas.

08/11/2011

8

FUNCIONAMIENTO JK (J)

FUNCIONAMIENTO JK (K)

08/11/2011

9

FUNCIONAMIENTO JK (BASCULACIÓN)

TABLA DE LA VERDAD DE FF JK

J K CLK Q Q (Negado)

x x 0 NC NC

0 0 O NC NC

1 0 O 1 0

0 1 O 0 1

1 1 O BASCULACIÓN (TOGGLE)

Basculación o modo T (Toggle), intercambiará el valorpresente en Q y Q negado, cada vez que se detecteuna transición ascendente o descendente del reloj,según sea su detección de flanco.

08/11/2011

10

ENTRADAS ASÍNCRONAS DEINICIALIZACIÓN Y BORRADO

• Las entradas asíncronas de inicialización y borradopermiten en cualquier momento poner a 1 o a 0 a lasalida Q.

J Q

CLK

K Q

PRESET

CLEAR

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FF

Investigar:

1) Retardo de propagación

2) Tiempo de establecimiento

3) Tiempo de mantenimiento

4) Frecuencia máxima

5) Potencia disipada

08/11/2011

11

EL 555

• Dispositivo ampliamente utilizado por su versatilidad,al poder funcionar como multivibrador monoestabley aestable, así como proporcionar señales de relojpara los sistemas digitales con un rango de voltajeque oscila entre los 5 V hasta los 12V.

R4

DC7

Q3

GN

D1

VC

C8

TR2

TH6

CV5

NE555

Leyenda:1)Tierra (GND)2) Disparo (Trigger)3) Salida (Out)4) Reinicio (Reset)5) Control de Voltaje (ControlVoltage)6)Umbral (Threshold)7)Descarga (Discharge)8)Alimentación (Vcc)

555 COMO AESTABLE

08/11/2011

12

PUNTO 2:CONTADORES ASÍNCRONOS

Prof. Luis Zurita

CONTADORES ASÍNCRONOS

• Los contadores son circuitos electrónicos que sirvenpara realizar o llevar conteos en binario y mediantecircuitos MSI, en decimal.

• Los contadores son producto del arreglo de variosFlip-Flops interconectados.

• El número de Flip-Flops que se utilizan y la forma enque se conectan determinan el número de estados otambién son llamados módulos.

• Según sea la señal de reloj aplicada a los FF. Seclasifican en asíncronos y síncronos.

• En este tema estudiaremos los contadoresasíncronos o contadores con propagación (ripplecounters)

08/11/2011

13

FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORESASÍNCRONOS

• Asíncrono: sucesos que no poseen una relacióntemporal fija o constante y que generalmente noocurren al mismo tiempo.

• En los contadores asíncronos los FF no reciben laseñal de reloj al mismo tiempo.

• A continuación describiremos las principales partesde un contador asíncrono de dos bits.

CONTADOR ASÍNCRONO DE 2 BITS

J14

Q12

CLK1

K3

Q13

R2

U1:A74LS73

J7

Q9

CLK5

K10

Q8

R6

U1:B74LS73

U1:A(CLK)

Reloj conectadoúnicamente al primer FF

FF trabajando en modo T,conectados a Vcc (5VDC)

Conexión en cascada. La señal de reloj esproporcionada por la salida del FF anterior

FF que da el bit menossignificativo (LSB)

FF que da el bit mássignificativo (MSB)

08/11/2011

14


CLK

Q0

Q1

Explicación: La señal de reloj aplicada al FF0 produce cambiosen la salida Q0 de manera basculante (Al estar en modo T oToggle), en cada transición descendente. La señal Q0 es la que leda el pulso de reloj al FF1.Q1 va a alternar su valor de salida (también en modo T), porcada flanco descendente de Q0.

• El contador de 2 bits, se dice que tendrá 2N estados,donde N es el número de Flip-Flops que tiene elcontador. Por tanto 22= 4 estados.

CLK Q1 Q0

0 0 0

1 0 1

2 1 0

3 1 1

4 Reinicia la cuentaó empieza nuevo

ciclo

08/11/2011

15


• El funcionamiento del contador binario de 3 bits es elmismo que el contador asíncrono de 2 bits, descritoanteriormente. La diferencia es que está constituidopor 3 FF.

• El contador de 3 bits, se dice que tendrá 23 estados,por tanto 23= 8 estados.

J14

Q12

CLK1

K3

Q13

R2

U1:A74LS73

J7

Q9

CLK5

K10

Q8

R6

U1:B74LS73

J14

Q12

CLK1

K3

Q13

R2

U2:A74LS73

VCC VCC VCC

U1:A(CLK)

VCC

CLK Q2 Q1 Q0

0 0 0 0

1 0 0 1

2 0 1 0

3 0 1 1

4 1 0 0

5 1 0 1

6 1 1 0

7 1 1 1

8 Reinicia la cuenta óempieza nuevo ciclo

TABLA DE ESTADOS SEÑAL DE SALIDA DELCONTADOR DE 3 BITS

08/11/2011

16

RETARDO DE PROPAGACIÓN

• Los contadores asíncronos, como se dijo al inicio deeste tema, son llamados contadores conpropagación, debido a que el pulso de reloj queingresa al primer FF no llega inmediatamente alsegundo FF. Esto mismo aplica para el pulso que llegaal tercer FF proveniente del segundo FF.

• Cuando hablamos de que no llega inmediatamente elpulso aplicado en la entrada hacia la salida, esto esdebido al retardo de propagación, que recorre elinterior del FF hasta llegar a la salida.

RETARDO DE PROPAGACIÓN

TPLHQ0

TPLHQ1

TPLHQ2

08/11/2011

17

CONTADOR DE DÉCADAS ASÍNCRONO

• El módulo de un contador es el número deestados que se cuentan sin repetirse. Comovimos en el contador de 2 bits, el módulo es 4,por contar 4 estados. En el contador de 3 bits, elmódulo es 8 por contar 8 estados.

• En el caso de tener un contador de 4 bits, elmódulo sería de 16.

• Pero, ¿Cómo podemos hacer un contador de 10estados o módulo 10?

• R= Truncando la secuencia natural de uncontador de módulo 16.


• Para truncar secuencias, la solución la proporciona eluso de las compuertas AND y NAND.

• Generalmente se utiliza la compuerta NAND.

• Recordemos su tabla de la verdad (2 entradas):

A B Q

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Notemos que estas compuertasproporcionan una única salidacuando ambas entradas están anivel alto. Propiedad valiosa paraproporcionar un oportuno RESETpresente en los FF

08/11/2011

18


• La norma para truncar una secuencia esdecodificar el estado siguiente en el que se deseaproporcionar un RESET o reiniciar la cuenta en 0.

• Bajo esta sencilla norma, si queremos contarhasta diez (0 a 9), se debe decodificar el estadosiguiente (10) y mediante una compuerta NANDconectar su salida hacia los pines de RESET detodos los FF.

• Veamos el siguiente circuito:


Obsérvese que se ha decodificado elestado 10, produciéndose un RESET atodos los FF: Q3 Q2 Q1 Q0

1 0 1 0

08/11/2011

19

CIRCUITO INTEGRADO 74LS93

CIRCUITO INTEGRADO 74LS93

08/11/2011

20

GUÍA DE EJERCICIOS

• Realice un contador (asíncrono y luego síncrono) demódulo: 9, 10, 5, 6 y 7, con FF JK. Visualice losresultados en números decimales.

• Realice un contador en cascada (JK), cuya unidad,cuente del 0 al 9 y la decena, del 0 al 5. Visualice losdatos en decimal.

• Realice el mismo diseño anterior, utilizando el CI7493.

• Diseñe un divisor de frecuencia de 1MHz de entradaen 500 kHz y 250 KHz. Diseño libre.

GUÍA DE EJERCICIOS

• Se tiene un registro de 5 bits, proveniente de uncontador de 5 bits (asíncrono). Dicho registro secompara con el valor de un set point (registro fijo),cuyo valor es de 25. Cuando el registro del contadorsea igual al set point, debe reiniciar su cuenta.

• Se tiene un sistema empaquetador de botellas, cuyacaja se llena con 24 botellas. Alcanzado este número,la caja se desplaza, permitiendo colocar una cajavacía. (Motor correa caja= 1 (0n) 0 (Off). Diseñolibre.

08/11/2011

21

PUNTO 3:CONTADORES SÍNCRONOS

Prof. Luis Zurita

CONTADORES SÍNCRONOS

• Los mismos conceptos iniciales del tema 2sobre contadores asíncronos tienen validez paraeste tema (Módulo, secuencias truncadas,divisores de frecuencia, estados, etc.).

• Según sea la señal de reloj aplicada a los FF.Se clasifican en asíncronos y síncronos.

• En este tema estudiaremos los contadoressíncronos.

• Síncrono: sucesos que poseen una relacióntemporal fija o constante entre sí.

• En los contadores síncronos los FF reciben laseñal de reloj al mismo tiempo.

• A continuación describiremos las principalespartes de un contador síncrono de dos bits.

08/11/2011

22

VCC

RELOJ

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

CONTADOR SÍNCRONO DE 2 BITS

Reloj conectado a todoslos FF del sistema

Primer FF trabajando enmodo T, conectados a Vcc(5VDC)

Conexión en cascada. El dato deentrada del FF depende de la salidadel FF anterior

FF que da el bitmenos significativo(LSB)

FF que da el bitmás significativo(MSB)

FUNCIONAMIENTO DE LOSCONTADORES SÍNCRONOS

• En los contadores asíncronos, para cambiar elvalor del siguiente FF se dependía del FFanterior que daba el pulso del reloj.

• En los contadores síncronos, se siguedependiendo del FF anterior, pero ahora paraproporcionar el valor de las entradas J y Q.

• Se recuerda que el reloj llega al mismo tiempo atodos los FF.¿Ahora, si todos los FF reciben el flanco de

reloj al mismo tiempo, que impide de quecambien al mismo tiempo?

08/11/2011

23


• La respuesta anterior, es la causa de que loscontadores asíncronos tengan un uso limitado.El retardo.

• Cabe destacar que los contadores síncronoseliminan el problema del retardo acumulado quelimitaba la frecuencia de funcionamiento en losasíncronos.

• Pero: ¿Cómo funciona ese retardo?

En la siguiente lámina, se maximizará el efectodel retardo para entender su explicación:


Estado 1

Reloj

Q0

Q1

Retardo depropagacióna través deFF0

En este estado 1, el FF0cambia de estado, pero elretardo de propagación quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida, nopermite que el FF siguientetenga un estado alto (1lógico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que nocambiará su valor de salida.

0

08/11/2011

24


Estado 2

Reloj

Q0

Q1Retardo depropagacióna través deFF0 y FF1

En este estado 2, el FF0cambia de estado. Elretardo de propagación quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida,permite que el FF siguientetenga un estado alto (1lógico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que cambiarásu valor de salida.


Estado 3

Reloj

Q0


En este estado 3, el FF0cambia de estado, pero elretardo de propagación quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida, nopermite que el FF siguientetenga un estado alto (1lógico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que nocambiará su valor de salida.

1

08/11/2011

25


Estado 4

Reloj

Q0


En este estado 4, el FF0cambia de estado. Elretardo de propagación quesufre el pulso desde laentrada hasta la salida,permite que el FF siguientetenga un estado alto (1lógico) en sus entradas,cuando pasa el pulso dereloj, por lo que cambiarásu valor de salida.


CLK

Q0

Q1

La señal continua es la señal teórica de los FF. La señalpunteada es la señal real de los FF, los cuales presentanun retardo mínimo que permite su funcionamiento comocontadores síncronos. En esta gráfica se pueden apreciarlos cuatro estados descritos en las láminas anteriores.

08/11/2011

26

• El contador de 2 bits, se dice que tendrá 2N

estados, donde N es el número de Flip-Flopsque tiene el contador. Por tanto 22= 4 estados.

CLK Q1 Q0

0 0 0

1 0 1

2 1 0

3 1 1

4 Reinicia la cuentaó empieza nuevo

ciclo


• El funcionamiento del contador binario de 3 bits es elmismo que el contador síncrono de 2 bits, descritoanteriormente. La diferencia es que está constituido por3 FF y que además el dato de entrada depende del FF0y del FF1. (J1K1=Q0Q1)

• El contador de 3 bits, se dice que tendrá 23 estados, portanto 23= 8 estados.

VCC

RELOJ

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

J12

Q9

CLK11

K15

Q10

S14

R13

74111

1

23

74LS08

Q0Q1

08/11/2011

27

CLK Q2 Q1 Q0

0 0 0 0

1 0 0 1

2 0 1 0

3 0 1 1

4 1 0 0

5 1 0 1

6 1 1 0

7 1 1 1

8 Reinicia la cuenta óempieza nuevo ciclo

TABLA DE ESTADOS SEÑAL DE SALIDA DELCONTADOR DE 3 BITS

CLK

Q0

Q1

Q2


• Para fines didácticos, a continuación semostrará un contador de 4 bits. Elfuncionamiento es el mismo del anterior de 3bits, sin embargo observen la dependencia delos datos de entrada:

VCC

RELOJ

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

J4

Q7

CLK5

K1

Q6

S2

R3

74111

J12

Q9

CLK11

K15

Q10

S14

R13

74111

1

23

74LS08

Q0Q1

J12

Q9

CLK11

K15

Q10

S14

R13

74111

4

56

U4:B

74LS08

Q0Q1Q2

08/11/2011

28

INVESTIGACIÓN

• En la actualidad se trabajan con circuitos

integrados de contadores, los ejercicios que se

realizarán para el proyecto a evaluarse, DEBEN

ser realizados con alguno de los siguientes

modelos:

• 74160, 74163, 74190, 74193.

• Esta norma es motivada a que son los circuitos

que se consiguen con mayor facilidad en el

mercado.

INVESTIGACIÓN

• El estudiante debe investigar su funcionamiento,y con especial atención a las funciones querealizan las siguientes entradas:

• MR, CEP(EP), CET(ET), CP, PE, TC (74160)

• CLR, LOAD, ENT, ENP, RCO (74163)

• CTEN, D/U, MAX/MIN (74190)

• CLEAR, LOAD, BORROW, CARRY, COUNT UP,COUNT DOWM (74193)

08/11/2011

29

GUÍA DE EJERCICIOS

1. Realice un contador de personas para elcomedor del IUT Cumaná, desde 000 hasta200 y reinicie la cuenta. Utilice cualquiera delos siguientes CI: 74160, 74163, 74193 u otrocontador síncrono de su preferencia.

2. Se tiene un sistema empaquetador de botellas,cuya caja se llena con 36 botellas. Alcanzadoeste número, la caja se desplaza, permitiendocolocar una caja vacía. (Motor correa caja= 1(0n) 0 (Off). Diseño Libre. La duración deldesplazamiento es 2 segundos.

GUÍA DE EJERCICIOS

3. Se tiene un estacionamiento cuya capacidad esde 120 vehículos. Se tiene un sensor deentrada y uno de salida, que permiten subir obajar el número de vehículos. Si se llega a lacapacidad máxima, se debe mantener unabarrera activada, impidiendo el paso devehículos y activar un led indicando que elestacionamiento está lleno. (Barrera= 1(desactivada) 0 (activada). Diseño libre.

08/11/2011

30

GUÍA DE EJERCICIOS

4. Realice un registrador de visitas (Datalogger)en un centro comercial, para otorgarle unpremio cuando ingrese el visitante número 700,mediante una señal sonora (sirena). Diseñolibre.

5. Observe el funcionamiento del video delcontador que se encuentra en nuestro blog,diseñe y simule su funcionamiento.

6. Diseñe un contador de personas para el centrode copiado del IUT Cumaná, el conteo vadesde 00 hasta 100. Dispone de un botón deincremento y uno de decremento. Diseñolibre.

Contadores sincronos y asíncronos

Documents

Transcript of Contadores sincronos y asíncronos