Informe Final IV

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Curso: Laboratorio de Circuitos Digitales II

Trabajo:Informe Final Nº4

Tema: Contadores

Alumnos:Solis Miñano, Julio Cesar Junior 09190084Granda Collado, Manuel Gilberto 09190033Adrianzen Manrique, Piero Eduardo 09190088Huanca Honorio, Dennis Mark 09190035Palomino Vera Pavel 05190170

Profesor:Ing. Oscar Casimiro Pariasca

2011CIRCUITOS DIGITALES II

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA

LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES II

I. LABORATORIO 4: CONTADORESProfesor: Ing. Oscar Casimiro Pariasca.

II. OBJETIVO:

1. Diseñar circuitos secuenciales autónomos (contadores) utilizando CIs estándar.

III. MATERIALES y EQUIPO:

Protoboard, cables de conexión, módulos EB-205, TM-01 CI TTL: 2 CI 74LS90 (contador de décadas, de 0 a 9) 1 CI 74LS93 (contador de rizo, 4 bits) 1 CI 74LS161 (contador binario con carga en paralelo) 2 CI 74LS47 (decod BCD a 7 segmentos) 1 CI 74LS193 (contador ascendente-descendente) 1 CI 74LS154 (decodificador) 2 CI 74LS76 (flip-flop JK) 1 CI 74LS08 1 CI 74LS160 (contador síncrono 4 bits) 1 CI 74LS163 (contador síncrono 4 bits) 2 display de 7 segmentos LEDs (varios) Resistencias: - 14 x 120 OHM, ½ Watt; 2 x 47 ohm Fuente C.C. +5 voltios; VOM; ORC; Generador de Pulsos.

IV. MARCO TEÓRICO

Un contador digital es constituido exactamente en igual forma que un divisor de frecuencia. En efecto, el circuito divisor-por-diez es en el fondo un contador, porque cuenta hasta diez pulsos y da una salida; se repone y queda listo para repetir el procedimiento de nuevo. Si se colocan varios flip-flops tipo JK en cascada, que inicien en el binario CERO, un BURST de pulsos en serie, colocados en la entrada, dejará los flip-flops en estados tales que ellos indiquen en forma binaria la cantidad de pulsos que arribaron al terminal de entrada.

CIRCUITOS DIGITALES II

Notemos de nuevo que cada etapa debe cambiar de estado solamente cuando la anterior pasa de lógica 1 a lógica 0. Cuando en electrónica se menciona la expresión BURST, que traducida significa "ráfaga", "reventar", "porción", se quiere dar a entender que esos pulsos se presentan como un tren definido, "como una cierta cantidad de vagones unidos entre sí", iguales y mensurables en su cantidad. (En el estudio de televisión en color se encuentra con mucha frecuencia esta palabra BURST, y se refiere a los 8 o más pulsos encargados de sincronizar los circuitos de crominancia, los cuales vienen a manera de "ráfaga de metralleta" incluidos dentro de la onda portadora de TV).

Los contadores digitales son un medio muy práctico para determinar FRECUENCIA, si la entrada del contador es "abierta" a una señal de frecuencia desconocida, durante un tiempo exactamente controlado (recordemos que "frecuencia" es la cantidad de ciclos que transcurren durante un segundo de tiempo). Los medios-ciclos (half-cycles) positivos de la frecuencia desconocida son contados, y su cantidad en el período de conteo permite establecer la frecuencia.

Si el lado complementario del JK flip-flop es usado para manejar al que sigue, entonces el contador es conocido como un BACKWARD COUNTER (contador hacia atrás); esto es, el arranca en 1111 y cuenta sucesivamente hacia abajo, 1110, 1101, 1100, etc. Este tipo de contador es muy práctico cuando se quiere determinar la DIFERENCIA entre una frecuencia desconocida y una frecuencia asignada. El contador puede ser pre-cargado con la frecuencia de entrada. El


residuo positivo o negativo, a la izquierda del contador es la diferencia. La figura 22 muestra un contador de 4 bits, implementado con cuatro flip-flops tipo T (Toggle), a partir de integrados JK, recordemos que en este caso no se tiene en cuenta las entradas J y K, por lo que se deben dejar "al aire", en lógica 1 (muchos integrados digitales están internamente hechos para que sus entradas queden automáticamente en nivel alto cuando son dejados "al aire" sus terminales).

Hay muchas clases distintas de flip-flops contadores en circuito integrado IC. El módulo de un contador especifica la máxima cuenta que el alcanza antes de reciclar. Los contadores módulo 10 son muy populares porque ellos reciclan después de caer el décimo pulso de entrada, y por lo tanto proveen una manera fácil de contar en decimal. Ellos son a menudo llamados CONTADORES DE DECADAS BCD (Binario Codificado a Decimal), y siempre tienen solamente cuatro terminales de salida (representan desde el 0000 hasta el 1001). Los contadores que están diseñados para aprovechar al máximo los cuatro bits del Word Nibble (medio byte) de salida, se llaman contadores HEXADECIMALES (representan desde el 0000 hasta el 1111).

Los contadores pueden tener una variedad de controles de entrada. Un contador típico, por ejemplo, se puede programar para que cuente hacia arriba o hacia abajo (Up/Down). Puede también tener entradas de control para regresar la cuenta a 0's, iniciar la cuenta en cualquier valor deseado, o para indicar los momentos en los cuales el contador debe trabajar. Estos últimos terminales son los habilitadores, o entradas ENABLE. Debido a que los contadores almacenan la cuenta acumulada hasta que llegue el próximo pulso clock, ellos pueden ser considerados STORAGE REGISTERS.

Los circuitos integrados TTL contadores más comunes son:

o 7490A Décadas, divisor por 12 y contador binario BCD hasta 10 (de 0 á 9).o 7492A Décadas, divisor por 12 y contador binario hasta 12 (de 0 á 11).o 7493A Décadas, divisor por 12 y contador binario hasta 16 (de 0 á 15).o 74160A Contador sincrónico de 4 bits, completamente programable.o 74190 Contador sincrónico Up/Down, BCD, programable (de 0 á 9).o 74191 Contador binario de 4 bits, sincrónico, Up/Down.o 74192 Contador sincrónico Up/Down BCD, programable (de 0 á 9).o 74193 Contador sincrónico de 4 bits binarios, programable, Up/Down.


V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Uso del CI 74LS90

a) Realizar el diseño de un contador de 0 a 9 teniendo en cuenta sólo las conexiones de la parte superior del esquema adjunto. Comprobar su correcto funcionamiento.

Opcional:

b) Duplicar el circuito anterior y comprobar nuevamente su funcionamiento.

c) Enlazar convenientemente ambos montajes, según el esquema indicado, para construir un contador de 0 a 99.

d) Realizar las modificaciones necesarias para que el circuito anterior “cuente” de 0 a 59.


2. Uso del CI 74LS93 (Contador de 3 bits y 4 bits) (Fig. 3)

- Conecte el CI 74lS93 para que trabaje como contador de 3 bits usando la entrada B y los FF QB, QC y QD. Verificar el funcionamiento conectando LEDs a las salidas.

- Ahora conecte el CI 74LS93 como un contador de 4 bits usando la entrada A y conectando la salida QA al Terminal de entrada B. Las entradas R1 y R2

deben estar a tierra, Los terminales 5 y 10 se conectan a la fuente de 5 V c.c. Los pulsos se aplican a la entrada 14 (A). La salida QA corresponde al bit menos significativo. Verificar el funcionamiento del contador conectando LEDs a las salidas.

Contador binario.

Conectar el CI 74LS93 como se muestra en la figura 4 . La cuenta llega al 15 binario y luego regresa a 0.

Aplicando una señal de reloj de 1 KHZ, observar las salidas con el osciloscopio. Dibujar las formas de onda, considerando al menos 16 ciclos de reloj.

Observe que la frecuencia de reloj en la salida del primer FF es la mitad que la frecuencia de entrada del reloj. Cada FF subsiguiente reduce a la mitad la frecuencia que recibe. El contador de 4 bits divide la frecuencia de entrada entre 16 en la salida QD

Contador BCD

Conectar el CI 74LS93 como contador BCD tal como se observa en la figura 5.


La representación BCD emplea los números binarios del 0000 al 1001 para codificar los números decimales del 0 al 9.

Observar las formas de onda en las salidas con el osciloscopio, dibujar las formas de onda, considerando al menos 10 ciclos de reloj.

Otros contadores:

El CI 74LS93 puede conectarse de modo que cuente desde 0 hasta diversos conteos finales. Esto se hace conectando una o dos salidas a las entradas de CLEAR es decir a R1 y R2. Por ejemplo, si se conecta R1 a QA en vez de QD, el conteo será de 0000 a 1000. Verificar experimentalmente.

Verificar, asimismo, el conteo desde 0000 hasta:

a) 1101 b) 0111 c) 1011

Conecte cada circuito y verifique la sucesión de conteo aplicando pulsos con el pulsador y observando el conteo de salida en los LEDs.

Formas de onda en compuerta NAND:

Conectar el circuito de la figura 6 y verificar las formas de onda a la salida de la compuerta NAND.



Contador de rizo

Construya un contador de rizo de 4 bits usando el CI74LS76. Conecte a 1 lógico todas las entradas asincrónicas de PRESET y CLEAR. Conecte la entrada de pulso de conteo a un pulsador y verifique que el contador funcione correctamente.

Modifique el contador de modo que cuente hacia abajo. Compruebe que cada pulso de entrada disminuye en 1 el contador.

Contador sincrónico

Construya un contador sincrónico de 4 bits y verifique su funcionamiento. Use 2 CI74LS76 y un CI 74LS08.

Contador decimal

Diseñe un contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. Use dos CI 74LS76 y un CI 74LS08. Verifique que la sucesión de conteo sea la correcta. Determine si el contador se reinicia automáticamente. Esto se hace iniciando el circuito con cada uno de los seis estados no utilizados mediante las entradas de set y reset. Si el contador se reinicia automáticamente, la aplicación de pulsos deberá transferir el contador a uno de los estados validos.



Contador binario con carga paralela

El CI 74LS161 es un contador binario sincrónico de 4 bits con carga paralela y despeje asincrónico.

Verificar el funcionamiento del CI 74LS161 de acuerdo a la tabla de función. (Fig. 8).

Muestre como puede hacerse que el CI 74161, junto con una compuerta NAND de dos entradas opere como contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. No utilizar la entrada de reset. Utilice la compuerta NAND para detectar la cuenta 1001, lo que hará que se carguen ceros en el contador.



- Verificar el funcionamiento del CI 74LS193 (utilizar el módulo EB-205).

a) Comprobar la cuenta ascendente y descendente.

b) Verificar la carga paralelo del contador.

c) Modificar para que la cuenta sea de 0 a 8

d) Cargar en paralelo el número “6”, inmediatamente después de identificar el número “4”. Proseguir la cuenta de 6 a 7. Resetear el contador en el octavo pulso, sin generar /CARRY.

e) Verificar la utilidad de los decodificadores y del display.

6. Diseñar un sistema que para cada nueve pulsos de entrada de reloj exista en la salida un pulso.

Solución: Para esto el contador debe pasar por nueve estados, la salida se obtiene haciendo una AND con el reloj con un circuito que detecte los nueve estados.

a) Usando un contador sincrónico con limpieza sincrónica 74163


b) Usando un contador con limpieza asincrónica (estática) 74160

VI. CUESTIONARIO FINAL

1. Analice y explique el funcionamiento de los circuitos de la parte experimental.

1) Uso del CI 74LS90

a) Realizar el diseño de un contador de 0 a 9 teniendo en cuenta sólo las conexiones de la parte superior del esquema adjunto. Comprobar su correcto funcionamiento.


Para que el CI 74LS90 funcione como contador MOD 10, al menos dos de los cuatro reset, deben estar a un nivel bajo, así que para asegurar el conteo, ponemos los cuatro terminales a tierra.

Para obtener la máxima cuenta (década), la entrada B está conectado a la salida QA. Para una secuencia BCD.

Así se verán las salidas:

Luego, consecutivamente irán saliendo los demás números:

Luego se repetirá una y otra vez la secuencia de conteo, hasta que se manipulen los “reset” del componente.

Opcional:

b) Duplicar el circuito anterior y comprobar nuevamente su funcionamiento.

El circuito ya fue comprobado.

c) Enlazar convenientemente ambos montajes, según el esquema indicado, para construir un contador de 0 a 99.


El circuito mostrado viene a ser un contador de 0 a 99, es decir el máximo conteo que se puede representar con el ‘193.

El funcionamiento del primer IC es el mismo que el caso anterior, una década completa, es decir de 0 a 9. Con el clock principal como señal de entrada.

El segundo IC trabaja, en cambio, con la señal de salida del primero. Cuando el primer IC llega a su máxima cuenta, se activa el pulso de entrada para el segundo IC y comienza la cuenta. El periodo de las pulsaciones será cada década, al final de cada cuenta del primer IC. Entonces esta cuenta representa a las decenas. Al Llegar a la máxima cuenta, 99, vuelve a comenzar el ciclo.

Para el primer IC, el BI/RBO, está a un nivel alto, esto implica que el cero está incluido en la cuenta de las unidades.

El 2do IC, tiene conectado su terminal BI/RBO a la salida del RBI del 1º, y su terminal RBI a un nivel bajo; esto significa que se eliminan los ceros que no son significativos en la cuenta a la izquierda del número producido en la cuenta, es decir, cuando se comience a contar: 0, 1…, 9; no aparecerá un 0 a la izquierda de estos dígitos. Se elimina el 0 en la cuenta del 2º IC.

Las señales de reset en la entrada están todas a nivel bajo para asegurar el funcionamiento, pero R0(1) Y R0(2) están conectadas a un switch lógico, que permite recomenzar el conteo manualmente donde se desee.

Así se observa el conteo:


Cabe notar que para los primeros números, el display de la izquierda, la salida del 2º IC, está apagado.

d) Realizar las modificaciones necesarias para que el circuito anterior “cuente” de 0 a 59.

Para que el sistema cuente solamente de 0 a 59, es decir, en MOD 60, debemos conectar un circuito que tenga como respuesta un 1, después de que se haya contado 59, a los terminales de reset, para que vuelva a empezar el conteo.

Este circuito vendría a ser una compuerta AND, que como entradas tenga otros dos circuitos que produzcan unos, en los dígitos 0 y 6, para el 1º y 2º IC respectivamente, cuando en ambos, a la vez produzcan “uno”, el circuito volverá a empezar el conteo.


El diseño del circuito sería el siguiente:

Cabe señalar que todas las compuertas AND se podían reemplazar por una única de 8 entradas, para este caso, que produzca el uno lógico, para la secuencia: “0110 0000”, que es el 60, el estado que vuelve el conteo al principio.

La cuenta sólo se mostrará hasta el número 59, pues el 60 es el estado que produce el reinicio.

2) Uso del CI 74LS93 (Contador de 3 bits y 4 bits)

- Conecte el CI 74lS93 para que trabaje como contador de 3 bits usando la entrada B y los FF QB, QC y QD. Verificar el funcionamiento conectando LEDs a las salidas.

En este modo el ’93 funciona como contador de 3 bits, conectando el pulso de entrada al clock B, con salidas QB, QC y QD, de LSB a MSB, respectivamente.


- Ahora conecte el CI 74LS93 como un contador de 4 bits usando la entrada A y conectando la salida Qa al terminal de entrada B. Las entradas R1 y R2 deben estar a tierra, Los terminales 5 y 10 se conectan a la fuente de 5 Vcc y a tierra respectivamente. Los pulsos se aplican a la entrada 14 (A). La salida Qa corresponde al bit menos significativo. Verificar el funcionamiento del contador conectando LEDs a las salidas.

Cuando se conecta el clock de entrada, al puerto A, y el clock B a la salida Qa, tenemos la configuración para un contador MOD 16, el máximo conteo para el ’93. Los terminales de reset se encuentran, para su operación normal a nivel bajo, pero con un switch lógico para poder restablecer el conteo manualmente.

La secuencia de conteo será la siguiente:

Nótese que las letras A, B…E, F; pertenecen a las codificaciones mayores que 9.

Contador binario.

Conectar el CI 74LS93 como se muestra en la figura 4. La cuenta llega al 15 binario y luego regresa a 0.

Este paso fue explicado en su modo contador de 4 bits.

Aplicando una señal de reloj de 1 KHZ, observar las salidas con el osciloscopio. Dibujar las formas de onda, considerando al menos 16 ciclos de reloj. Observe que la frecuencia de reloj en la salida del primer FF es la mitad que la frecuencia de entrada del reloj. Cada FF subsiguiente reduce


a la mitad la frecuencia que recibe. El contador de 4 bits divide la frecuencia de entrada entre 16 en la salida QD.

Los periodos de las señales de salida, son en cada caso el doble que la anterior.

Contador BCD

Conectar el CI 74LS93 como contador BCD tal como se observa en la figura 5.

Para que el ’93 funcione como un contador BCD, de 0 a 9, debemos resetear el dispositivo después de su décimo estado, es decir cuando aparezca el número 10 en las salidas: la codificación “1010”. Como observamos, las salidas QD y QB, se encuentran en “alto”, en este estado, así, conectamos estos terminales a los controles de reset, para recomenzar el conteo, después de “9”.

Otra forma de configuración sería la siguiente, pero es menos práctica, pues utiliza un conector AND, para realizar el reseteo:


La representación BCD emplea los números binarios del 0000 al 1001 para codificar los números decimales del 0 al 9. Observar las formas de onda en las salidas con el osciloscopio, dibujar las formas de onda, considerando al menos 10 ciclos de reloj.

Otros contadores:

El CI 74LS93 puede conectarse de modo que cuente desde 0 hasta diversos conteos finales Esto se hace conectando una o dos salidas a las entradas de CLEAR es decir a R1 y R2.Por ejemplo, si se conecta R1 a Qa en vez de Qb, el conteo será de 0000 a 1000. Verificar experimentalmente.


En efecto, si cambiamos Qa a la entrada de R1, el estado que genera una secuencia de reseteo sería: “1001”, que es el 9; entonces se podrá apreciar el conteo hasta el “8”.

Cabe señalar que para estos casos, la secuencia siguiente de conteo sólo posee “dos unos” en su codificación, para estados cuya codificación siguiente poseen más de dos unos, es necesario implementar un circuito con puertas AND, que genere un estado alto, para resetear al circuito.

Verificar, asimismo, el conteo desde 0000 hasta:

a) 1101

El estado siguiente es: “1110”, el diseño será:

b) 0111

El estado siguiente será: “1000”, el diseño del circuito será:

En este caso no es necesario el uso de otras compuertas, pues el estado de reseteo:”1000”, sólo posee un “uno”, en el terminal Qd, el cual se conectará a ambos terminales de reset.

c) 1011

El estado siguiente es:”1100”; entonces el diseño será:


Conecte cada circuito y verifique la sucesión de conteo aplicando pulsos con el pulsador y observando el conteo de salida en los LEDs.

Cada una de las salidas las podemos apreciar en los display’s correspondientes.

Formas de onda en compuerta NAND

Conectar el circuito de la figura 6 y verificar las formas de onda a la salida de la compuerta NAND.

3) Uso del CI 74LS76

Contador de rizo

Construya un contador de rizo de 4 bits usando el CI74LS76. Conecte a 1 lógico todas las entradas asincrónicas de Preset y Clear. Conecte la entrada de pulso de conteo a un pulsador y verifique que el contador funcione correctamente. Modifique el contador de modo que cuente hacia abajo. Compruebe que cada pulso de entrada disminuye en 1 el contador.

Este es el diseño para un contador de 4 bits, usando FF –JK, Las salidas son Q, QB, QC, QD; con QD como el MSB.

Contador sincrónico

Construya un contador sincrónico de 4 bits y verifique su funcionamiento. Use 2 CI74LS76 y un CI 74LS08.


Para construir un contador a base de FF-JK, debemos desarrollar una tabla con los estados que queremos obtener y luego obtener sus ecuaciones de salida a partir de los mapas de Karnaugh.

Estado QD QC QB QA JD KD JC KC JB KB JA KA Qn Qn+1 J K0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 0 0 0 X1 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 0 1 1 X2 0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 1 0 X 13 0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 1 1 X 04 0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X5 0 1 0 0 0 X X 0 1 X X 16 0 1 1 1 0 X X 0 X 0 1 X7 0 1 1 0 1 X X 1 X 1 X 18 1 0 0 1 X 0 0 X 0 X 1 X9 1 0 0 0 X 0 0 X 1 X X 1

10 1 0 1 1 X 0 0 X X 0 1 X11 1 0 1 0 X 0 1 X X 1 X 112 1 1 0 1 X 0 X 0 0 X 1 X13 1 1 0 0 X 0 X 0 1 X X 114 1 1 1 1 X 0 X 0 X 0 1 X15 1 1 1 0 X 1 X 1 X 1 X 1

JD=QC.QB.QA KD=QC.QB.QA

JC=QB.QA KC=QB.QA


QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 1 0

1 0 X X X X

1 1 X X X X

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 X X X X

0 1 X X X X

1 0 0 0 1 0

1 1 0 0 0 0

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 0 0 1 0

0 1 X X X X

1 0 X X X X

1 1 0 0 1 0

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 X X X X

0 1 0 0 1 0

1 0 0 0 1 0

1 1 X X X X

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 0 1 X X

0 1 0 1 X X

1 0 0 1 X X

1 1 0 1 X X

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 X X 1 0

0 1 X X 1 0

1 0 X X 1 0

1 1 X X 1 0

JB=QA KB=QA

JA=1KA=1

Entonces el diseño del circuito será el siguiente:

Con las salidas QA, QB, QC, QD; con QD como el MSB.

Contador decimal

Diseñe un contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. Use dos CI 74LS76 y un CI 74LS08. Verifique que la sucesión de conteo sea la correcta. Determine si el contador se reinicia automáticamente. Esto se hace iniciando el circuito con cada uno de los seis estados no utilizados mediante las entradas de set y reset. Si el contador se reinicia automáticamente, la aplicación de pulsos deberá transferir el contador a uno de los estados validos.

4) Uso del 74LS161

Contador binario con carga paralela


QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 1 X 1 X

0 1 1 X 1 X

1 0 1 X 1 X

1 1 1 X 1 X

QB

QA

QDQC 0 0 0 1 1 0 1 1

0 0 X 1 X 1

0 1 X 1 X 1

1 0 X 1 X 1

1 1 X 1 X 1

El CI 74LS161 es un contador binario sincrónico de 4 bits con carga paralela y despeje asincrónico. Verificar el funcionamiento del CI 74LS161 de acuerdo a la tabla de función. (Fig. 8).

El circuito funciona correctamente.

Muestre como puede hacerse que el CI 74161, junto con una compuerta NAND de dos entradas opere como contador BCD sincrónico que cuente de 0000 a 1001. No utilizar la entrada de reset. Utilice la compuerta NAND para detectar la cuenta 1001, lo que hará que se carguen ceros en el contador.

Utilizamos la puerta NAND en las salidas Q1 y Q3, ya que cuando la salida pase de 1001(9) a 0101(10) la salida del NAND pasara al estado bajo activando la entrada CLEAR del 74LS161 volviendo a cero todas las salidas.

U1

74LS161N

QA 14QB 13QC 12QD 11

RCO 15

A3B4C5D6

ENP7ENT10

~LOAD9~CLR1

CLK2

R6

120ΩR7

120Ω

LED7

R8

120Ω

LED8

LED6

R1

120Ω

LED1

VCC5V

J2

Key = Space

13

11

08

07

06

05

0

VCC

U2A

74LS00N

12

1 9

10

5) Uso del 74LS193

- Verificar el funcionamiento del CI 74LS193 (utilizar el módulo EB-205).

a) Comprobar la cuenta ascendente y descendente.


U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4

~LOAD11 ~BO 13~CO 12CLR14

VCC5V

R6

120ΩR7

120Ω

LED7

R8

120Ω

LED8

LED6

R1

120Ω

LED1

08

07

06

059

1011

12

R2

120Ω

LED2

R3

120Ω

LED3

013

14

15

16

J2

Key = Space

17

0VCC

Observamos que para el estado máximo (1111) la salida CARRY OUT pasa a nivel bajo.

U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4


VCC5V

R6

120ΩR7

120Ω

LED7

R8

120Ω

LED8

LED6

R1

120Ω

LED1

08

07

06

059

1011

12

R2

120Ω

LED2

R3

120Ω

14

15

16

J2

Key = Space

0

VCC

1

LED3

2 0

Observamos que para el estado mínimo (0000) la salida BORROW OUT pasa a nivel bajo.

b) Verificar la carga paralelo del contador.


U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4


VCC5V

R6

120ΩR7

120Ω

LED7

R8

120Ω

LED8

LED6

R1

120Ω

LED1

08

07

06

059

1011

12

J2

Key = Space

J1

13413

VCC

0

Observamos que la salida es igual a la entrada en cada pulso de Clock.

c) Modificar para que la cuenta sea de 0 a 8

Si queremos que la cuenta sea de 0 a 8 entonces debemos implementar un circuito combinacional para que cuando la salida sea 1001 (9) se active la entrada CLEAR.

CLEAR=QAQBQCQD

d) Cargar en paralelo el número “6”, inmediatamente después de identificar el número “4”. Proseguir la cuenta de 6 a 7. Resetear el contador en el octavo pulso, sin generar /CARRY.


Implementamos un circuito combinacional para que cuando la salida sea 0101 (5) se active la entrada LOAD y cargue el numero 6 escrito en las entradas, y cuando la salida sea 1000 (8) se active la entrada CLEAR y se reinicie el contador.

LOAD=QAQBQCQDCLEAR=QAQBQCQD

U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4

~LOAD11 ~BO 13~CO 12CLR14XFG1

VCC5V

U3

DCD_HEX

1

U2A74LS15D

U4A

74LS08N

U6A74LS04N

6

8

U7A74LS04N

U8A74LS04N

U9A74LS04N

34

U10A74LS15D

910 11

U11A

74LS08N

12

U5A74LS04N

2

165

0

VCC

U13A74LS04N

7

13

14

e) Verificar la utilidad de los decodificadores y del display.

La utilidad de estos componentes ya ha sido demostrada a lo largo del desarrollo del presente informe.

U1

74LS47N

A7B1C2D6

OA 13

OD 10OE 9OF 15

OC 11OB 12

OG 14~LT3~RBI5~BI/RBO4

U2

A B C D E F G

CK

6) Diseñar un sistema que para cada nueve pulsos de entrada de reloj exista en la salida un pulso. Solución: Para esto el contador debe pasar por nueve estados, la salida se obtiene haciendo una AND con el reloj con un circuito que detecte los nueve estados.


U1

74LS163N

QA 14QB 13QC 12QD 11

RCO 15

A3B4C5D6

ENP7ENT10

~LOAD9~CLR1

CLK2

VCC5V

VCC

U2A

74LS08NU3A

74LS04N

3

XFG1

0

2

1

R8120Ω

LED8

0

4

5

Para este circuito cada 9 pulsos la salida permanece en el nivel bajo durante otro nueve pulsos debido a la conexión de la salida QD hacia el CLEAR.

2. Los contadores tienen su cuenta máxima definida por el número de FF que tienen. ¿Qué sucede cuando se desea llegar a una cuenta menor a ésta? ¿Cómo se implementarían los circuitos? Muestre ejemplos específicos de contadores de módulo-n.

Para llegar a una cuenta máxima inferior a la definida por el contador hay que utilizar un circuito combinacional que active la entrada de CLEAR en el valor requerido.

Si queremos implementar un circuito de modulo n el circuito contara hasta n-1 de la siguiente manera.

0, 1, 2, 3,…, n-1.

Entonces cuando pase a “n” se debe activar la entrada CLEAR.

Ejemplo:

Implementamos un contador de modulo 6 con 74LS160 (CLEAR se activa en bajo):

Clock

QD QC QB QA CLEAR

0 0 0 0 0 11 0 0 0 1 12 0 0 1 0 1


3 0 0 1 1 14 0 1 0 0 15 0 1 0 1 16 0 1 1 0 0

CLEAR=QCQB

3. ¿Qué operación se efectúa en el contador ascendente-descendente de la práctica cuando ambas entradas, arriba y abajo, están habilitadas? ¿Qué modificación podría hacerse de modo que cuando ambas entradas sean 1, el contador no cambie de estado, sino que permanezca en la misma cuenta?

Al habilita ambas entradas la salida será permanentemente 1111.

R1

120Ω

LED1

R2

120ΩR3

120Ω

LED3

LED2

R4

120Ω

LED4

VCC5V

7

5

04

03

02

01

U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4


89

0

VCC

Para que permanezca en el mismo estado podemos activar la entrada de carga LOAD colocando el PIN a tierra y el valor que se desea en las entradas A, B, C y D de la siguiente manera:


R1

120Ω

LED1

R2

120ΩR3

120Ω

LED3

LED2

R4

120Ω

LED4

VCC5V

7

5

04

03

02

01

U1

74LS193N

A15B1C10D9

UP5

QA 3QB 2QC 6QD 7

DOWN4


89

0VCC

4. Diseñar un contador binario sincrónico de 4 bits con flip flops tipo D.

Estado Q4 Q3 Q2 Q1 D4 D3 D2 D10 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 1 0 0 1 02 0 0 1 0 0 0 1 13 0 0 1 1 0 1 0 04 0 1 0 0 0 1 0 15 0 1 0 1 0 1 1 06 0 1 1 0 0 1 1 17 0 1 1 1 1 0 0 08 1 0 0 0 1 0 0 19 1 0 0 1 1 0 1 010 1 0 1 0 1 0 1 111 1 0 1 1 1 1 0 012 1 1 0 0 1 1 0 113 1 1 0 1 1 1 1 014 1 1 1 0 1 1 1 115 1 1 1 1 0 0 0 0

Hallando las ecuaciones para cada entrada de los flip flops tipo D, en función a las salidas, usamos el mapa de Karnaugh y llegamos a las siguientes ecuaciones:

D4 = Q4’.Q3.Q2.Q1 + Q4.Q3’ + Q4.Q2’ + Q4.Q1’

D3 = Q3’.Q2*Q1 + Q3.Q2’ + Q3.Q1’

D2 = Q2’.Q1 + Q2.Q1’

D1 = Q1’

Reduciendo las ecuaciones:

D4 = Q4 ⊕ (Q3.Q2.Q1)


D3 = Q3 ⊕ (Q2.Q1)

D2 = Q2 ⊕ Q1

D1 = Q1’

Implementando el circuito:

5. Diseñar con flip flops tipo T un contador que pase por la siguiente sucesión binaria repetida: 0-1-3-7-6-4-... Demuestre que si los estados binarios 010 y 101 se consideran condiciones de indiferencia, el contador podría no funcionar correctamente. Encuentre una forma de corregir el diseño.

Para esto utilizaremos un diagrama de estados:

QC (t )= y3QC (t+1)=Y 3QB (t )= y2QB (t+1)=Y 2

QA (t)= y1QA (t+1)=Y 1

y Y3Y2Y1 SA B 000


B D 001C F 010D H 011E A 100F C 101G E 110H G 111

y3y2 y1 Y3Y2Y1 S000 001 000001 011 001010 101 010011 111 011100 000 100101 010 101110 100 110111 110 111

Hallando los circuitos combinacionales para los Flip Flop tipo JK:

Salida:

S1= y1S2= y2

S3= y3

Flip Flop 3 (T2):

0 1

00 0 001 1 111 0 010 1 1

T 3= y3⊕ y2

T 3=Q3⊕Q2

Flip Flop 2 (T2):

0 1

00 0 101 1 011 1 010 0 1

T 2= y2⊕ y1

T 2=Q2⊕Q1

Flip Flop 1 (T1):

0 1

00 1 001 1 011 0 110 0 1

T 1= y3⊕ y1

T 1=Q3⊕Q1

Para evitar caer en el LOOP (010, 101), colocamos una resitencia pull up y un pulsador conectado a todas las entradas CLEAR de los flip flops que reiniciara el contador.


6. Diseñar un sistema usando el shift register 74164 para producir una salida 1 cuando las últimas seis entradas han sido 1 y de lo contrario será cero.

Clock

Entrada QA QB QC QD QE QF QG QH S

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 02 1 1 1 0 0 0 0 0 0 03 1 1 1 1 0 0 0 0 0 04 1 1 1 1 1 0 0 0 0 05 1 1 1 1 1 1 0 0 0 06 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

S=QAQBQCQDQEQF


7. Diseña un sistema, usando un contador 74161 que produzca un 1 en la salida cuando la entrada ha sido 1 al menos 12 pulsos consecutivos.

Se pide que se implemente un circuito en el que se obtenga una señal de salida de 1 para ciertos estados del contador, representando gráficamente lo que se pide:

Para implementar un circuito que nos dé una señal de salida como la que se pide se sigue el siguiente el análisis de bloques:

Ahora como esta salida S depende de las señales de salida del contador, entonces se puede hallar la señal S haciendo un análisis de estados:


Estado QD QC QB QA S0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 12 0 0 1 0 13 0 0 1 1 14 0 1 0 0 15 0 1 0 1 16 0 1 1 0 17 0 1 1 1 18 1 0 0 0 19 1 0 0 1 110 1 0 1 0 111 1 0 1 1 112 1 1 0 0 113 1 1 0 1 114 1 1 1 0 015 1 1 1 1 0

QA 0 1 1 0QB 0 0 1 1

QD QC

0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 11 1 1 1 0 01 0 1 1 1 1

S = QD’*QB + QC*QB’ + QB’*QA + QD*QC’

Ahora implementando el circuito nos queda de la siguiente manera:

8. Conclusiones


Un contador digital es constituido exactamente en igual forma que un divisor de frecuencia.

el circuito divisor-por-diez es en el fondo un contador, porque cuenta hasta diez pulsos y da una salida; se repone y queda listo para repetir el procedimiento de nuevo.

Los contadores digitales son un medio muy práctico para determinar FRECUENCIA, si la entrada del contador es "abierta" a una señal de frecuencia desconocida, durante un tiempo exactamente controlado (recordemos que "frecuencia" es la cantidad de ciclos que transcurren durante un segundo de tiempo).

Los contadores pueden tener una variedad de controles de entrada. Un contador típico, por ejemplo, se puede programar para que cuente hacia arriba o hacia abajo (Up/Down). Puede también tener entradas de control para regresar la cuenta a 0's, iniciar la cuenta en cualquier valor deseado, o para indicar los momentos en los cuales el contador debe trabajar.

la salida de los contadores pueden ser mejor apreciadas utilizando los decodificadores y los Displays.

VII. BIBLIOGRAFIA

Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones - Ronald J. Tocci

http://www.electronica-basica.com/7490.html

http://ladelec.com/teoria/electronica-digital/204-circuitos-integrados-contadores-ttl-y-cmos

http://wsdetcp.upct.es/Personal/JZapata/labelec06.pdf

http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_sec_contadores_sincronos.html

http://ladelec.com/teoria/electronica-digital/205-division-de-frecuencia-el-reloj-digital






http://wsdetcp.upct.es/Personal/JZapata/labelec06.pdf



http://www.electronica-basica.com/7490.html

Informe Final IV

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