DISEÑO SECUENCIAL: CONTADORES Y REGISTROS

Transcripción

1 DISEÑO SECUENCIAL: CONTADORES Y REGISTROS. Diseño secuencial con biestables D, T, y - El procediiento es el iso para los tres casos:. Disponer del diagraa de transición de estados.. Obtener la tabla de la verdad de las transiciones copuesta por las variables de entrada (los valores de las básculas en el estado inicial), las variables de salida (los valores de las básculas en el estado final), los valores necesarios en las entradas de cada báscula para obtener el estado final y los valores de las variables de salida.. Obtener el circuito. Diseño con básculas D Hay que tener en cuenta que en una báscula D el valor de la salida sigue siepre al valor de la entrada D cuando entra el ipulsos de reloj. Por lo tanto la entrada D será siepre igual al del valor de la final que se quiera obtener. Ejeplo: / / S S / / Variable entrada inicial final Variable salida Entrada a báscula n n+ y D Tras siplificar: D = y = i D CL 4 y

2 Diseño con básculas T Hay que tener en cuenta que la respuesta de una báscula T es: Entrada T Salida La salida no cabia La salida bascula Ejeplo: / / S S / / Variable entrada inicial final Variable salida Entrada a báscula n n+ y T Tras siplificar: T = y = i = i = + Diseño con básculas - U4 T CL 4 NOT y Hay que tener en cuenta que la respuesta de una báscula es: inicial final Respuesta de la báscula No cabiar o Poner a Cabiar o Poner a Cabiar o Poner a Entrada Entrada No cabiar o Poner a Ejeplo: / / S S / / Variable entrada inicial final Variable salida Entrada a báscula n n+ y

3 = = y = i CL 4 y Representación, síntesis y análisis Matriz funcional Matriz que recoge los estados iniciales el la coluna de la izquierda, los estados finales en la línea superior y en los cuadros de la atriz se representan los valores de las variables que provocan la transición entre los estados iniciales y los finales final M ( ) += + = inicial La sua de todos los eleentos de cada fila = Para el caso de diseño con básculas D: El valor de D se obtendrá toando las celdas que provocan que se ponga a y realizando la sua de los productos entre las básculas del estado inicial y el valor que se encuentre en las celdas citadas: D = i + i = + i = ( + ) i ( + ) = + Para el caso de diseño con básculas : El valor de se obtendrá de toar las celdas que provocan que pase de a El valor de se obtendrá de toar las celdas que provocan que estando a siga a y posteriorente se invertirá dicho valor de. De esta anera (= y =) se consigue que la báscula se ponga a independienteente de si anteriorente era ó. = = = i = i = + i

4 Ejeplo con básculas : Matriz funcional inicial final Coluna + i + i i ij celda de fila i y coluna j Se puede apreciar que la atriz está bien ya que la sua de cada una de las líneas da coo resultado. Fila Obtención de : Se toarán las celdas que provocan que pase de a.,, y Obtención de : = i (+ ) + ( + ) Se toarán las celdas que provocan que siga a del estado inicial al final y luego se invertirá el resultado obtenido.,,, = i ( + + ) + ( + i ) = i ( + + ) + ( + i ) Obtención de : Se toarán las celdas que provocan que pase de a.,, y Obtención de : = ( + ) + ( + + ) Se toarán las celdas que provocan que siga a del estado inicial al final y luego se invertirá el resultado obtenido.,,, = ( + ) + ( + i) = ( + ) + ( + i ) El siguiente paso consiste en siplificar cada una de las funciones e ipleentar el circuito.

5 Análisis: El análisis consiste en obtener la atriz funcional y/o el diagraa de etapas a partir de un circuito deterinado. Para estudiar el procediiento vaos a partir del ejeplo del problea correspondiente al eaen de unio del.. Analice el circuito secuencial de la figura, presentando el resultado del análisis ediante las epresiones lógicas correspondientes, la atriz funcional y el diagraa de transición de estados. En prier lugar obtendreos las funciones correspondientes a cada variable (Di e y ) a partir del esquea suinistrado: DA = + A DB = ii B + ( + ) B y= ( A+ B) + Matriz funcional inicial final B A ij celda de fila i y coluna j El cálculo de cada una de las celdas se efectuará:. La función de la fila de cada celda se obtendrá de sustituir las por su valor correspondiente a las variables del estado inicial.. La función de la coluna de cada celda se obtendrá de sustituir las por su valor correspondiente a las variables del estado final.

6 D = + A A D = i i + ( + ) B B B Funciones de la fila s iniciales D = + = + = A A B A = D = i i + ( + ) = i i + ( + ) = ( + ) B B B s finales = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = ii = i = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = i i = = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = i + i = i = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = i + i = B A = DA = + A = + = D = i i + ( + ) = i i + ( + ) = ( + ) Funciones de la fila s iniciales B B B s finales = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = ( + ) = i = DB i DA = DBiDA = ( + ) i= = DB i DA = DBiDA = ( + ) i = + Funciones de la fila s iniciales D = + = + = A A B A = D = i i + ( + ) = i i + ( + )= i B B B s finales = D i B DA = D BiDA = i i = ( + ) = = DB i DA = D id = i i = ( + ) = B A = DB i DA = DBiDA = ii = i = D i D = D id = i i = B A B A

7 B A = DA = + A = + = D = i i + ( + ) = i i + ( + )= i Funciones de la fila s iniciales B B B s finales = DB i DA = D id = ii = = DB i DA B A = D id = i i = + B A = DB i DA = D BiDA = ii = = D i D = D id = i i = i B A B A Matriz funcional inicial final B A i i i + i + i Sua de fila : fila = ( i) + + i + = ( + ) + = + = Sua de fila : fila= + i = ( + ) i ( + ) + = + + = Sua de fila : fila= + + i + = ( + ) i( + ) + i = + + i = ( + ) i( + ) + = + + = Sua de fila : fila= + ( + ) + + i = ( + ) i ( + ) + = + + = Se puede coprobar que la atriz es correcta ya que la sua de cada línea da coo resultado el nivel

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9 EAMENES unio del Usar el procediiento general de autóatas finitos con PLD s y biestables D para diseñar un circuito que representa el siguiente diagraa de transiciones de estados: SOLUCIÓN: Tabla de la verdad de las transiciones Nº ORDEN Variables entrada inicial final Variable salida Entrada a báscula + + y y D D Tener en cuenta que al ser báscula D, a la entrada D habrá que eter el iso valor que el que se quiera obtener en

10 Logigraa: U4 OR y U4 OR y U4 OR U4 OR U5 DFF D CL U5 DFF D CL Reloj

11 unio del SOLUCIÓN: Tabla de la verdad de las transiciones Nº orden Variable entrada inicial final Variable salida Entradas a báscula + + y Hay que tener en cuenta que la respuesta de una báscula es: inicial final Entrada Entrada

12 = = = = y= + CL CL 4 4 Reloj y

13 CONTADORES Los contadores son circuitos secuenciales capaces de recorrer una secuencia previaente especificada de estados. Reciben un tren de ipulsos y responden con una sucesión de estados correspondientes a la representación en binario del núero de ipulsos recibidos desde que se inició el ciclo. Tipos de contadores Asíncronos Síncronos Las báscula que coponen el contador no cabian de estado eactaente al iso tiepo, dado que no coparten el iso ipulso de reloj. Hay una relación teporal fija entre sí. Todas las básculas que coponen el contador reciben en el iso instante la señal de reloj y por lo tanto cabian (si han de cabiar) en el iso instante. Contadores asíncronos: Copuestos por básculas con == (básculas T) de fora que la entrada de reloj entra en la priera báscula (bit de enor peso) y el reloj del resto de las básculas es la salida de la báscula anterior. Esto provoca el sentido asíncrono del contador, ya que cuando entra el ipulso de reloj a la priera báscula esta epieza a bascular, pero la siguiente no basculará hasta que no lo haya hecho la anterior. Este efecto provoca una reacción que se va añadiendo de báscula a báscula y por lo tanto el tiepo de cabio de un estado al otro puede ser el resultado de acuular los tiepos de transición del núero de básculas que intervienen en dicho cabio.

14 Contadores descendentes: Para configurar contadores con sentido descendente hay dos posibilidades:. Toar un contador ascendente y toar las salidas de la.. Toar la entrada de reloj de cada báscula de la salida de la báscula anterior. Contador reversible Para = seleccionaos la entrada de reloj de cada báscula de la salida de la báscula anterior, por lo tanto se coporta coo un contador ascendente. Para = seleccionaos la entrada de reloj de cada báscula de la salida de la báscula anterior, por lo tanto se coporta coo un contador descendente. Contadores de diferentes bases y divisores de frecuencia: Hay dos foras de ipleentar contadores binarios de diferentes bases:. Resetear todo el contador cuando el núero binario al que llega contando es el de la base que se quiere conseguir. Ello provoca la puesta a cero del contador y el inicio de un nuevo ciclo.. Poner a todas las básculas del contador ediante el Preset cuando se llega al núero de la base al que se quiere llegar enos (base-). Ello provoca que el contador llega al áio de su capacidad de cuenta y de esta anera con el siguiente ipulso de reloj se provoca su puesta a y consiguiente inicio de ciclo de cuenta. La ipleentación de divisores de frecuencia básicaente consiste en ipleentar contadores cuya base será el núero por el que se quiere dividir la frecuencia.

15 inestable

16 Contadores síncronos: Inconvenientes de los contadores asíncronos La frecuencia áia de trabajo depende de la sua de los retardos que introducen los biestables que lo coponen. Los estados estables no se alcanzan siepre al iso tiepo Estos inconvenientes se solucionan utilizando contadores síncronos, en los cuales el reloj de entrada se conecta a la entrada de reloj de todas las básculas, de fora que la transición de ellas se produce en función de los valores que se introduzcan en sus entradas de datos. De esta anera cuando el contador adquiere un estado (estable) posiciona las entradas de las básculas antes de que se produzca la entrada del siguiente ciclo de reloj. Cuando esta aparezca todas, las básculas coenzarán siultáneaente el proceso de cabio (si es que se ha de producir según los valores de sus entradas). El proceso de diseño de los contadores síncronos no deja de ser un caso concreto del diseño de circuitos secuenciales con básculas estudiado anteriorente. Ya que partios de un diagraa de estados en el que se representan los diferentes estados de cuenta del contador y debeos de seguir los pasos de diseño analizados en los apartados anteriores. A pesar de lo indicado se puede configurar un contador binario natural síncrono de una anera un tanto estandar. Se pueden ipleentar con básculas con las dos entradas unidas a (básculas T) de fora que los relojes de todas las básculas están unidos entre sí y a la señal del reloj de entrada. En el caso de un contador ascendente: cada una de las entradas de cada báscula a una puerta AND de todas las salidas de las básculas de pesos inferior. En el caso de un contador descendente: cada una de las entradas de cada báscula a una puerta AND de todas las salidas de las básculas de pesos inferior.

17 REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Un registro es circuito digital con dos funciones básicas: Alacenaiento de datos. Moviiento de datos. Con tales funciones una cuestión eleental es el odo de introducir y el odo de sacar dicha inforación. Teniendo en cuenta que hay dos aneras de anipular los datos: serie/paralelo; ello da lugar a tener diferentes configuraciones de registros en función de la entrada y la salida de dichos datos: Entrada serie / Salida serie. Entrada serie / Salida paralelo. Entrada paralelo / Salida serie. Entrada paralelo / Salida paralelo. La ipleentación de los registros parte de dos preisas eleentales: ) Estarán copuestos por tantas básculas D coo bits queraos alacenar o anipular. ) Según el odo de carga o desplazaiento: a) En el caso de una entrada paralelo, cada bit de entrada que queraos introducir se deberá conectar a cada una de las entradas de cada báscula del registro. b) En el caso de una entrada serie o un desplazaiento, cada entrada de cada báscula deberá ir conectada a la salida de la báscula inediataente inferior y de la cual deberá recoger el bit que se quiere desplazar. Funcionaiento de un registro de desplazaiento

18 Registro de desplazaiento SN7495 con posibilidad de entrada serie o paralelo y salida serie y paralelo.

19 EAMENES Hay nuerosas preguntas teóricas referentes a contadores asíncronos, síncronos y registros de desplazaiento unio del / Septiebre del. Resuen de los probleas propios de los contadores asíncronos.. Eplicar, para el caso de tres bits, cóo resuelve estos probleas un contador síncrono.. Síntesis con de un contador reversible de bits. Diagraa de estados S S S S S4 S5 S6 S7 Tabla de la verdad de las transiciones Nº orden Variable entrada inicial final Entradas a báscula

20 = = = + = + = ( ) + ( i ) = ( ) + ( i ) = ---- Descendente = ---- Ascendente 5V 4 CL 4 CL 4 CL Reloj