Registros y Contadores

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María Teresa Farías Olivares
hace 8 años
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1 Registros y Contadores Mario Medina C. mariomedina@udec.cl Registros Grupos de flip-flops con reloj común Almacenamiento de datos Desplazamiento de datos Construcción de contadores simples Como cada FF almacena bit de información, se requieren n FFs para almacenar n datos al mismo tiempo Registro de 4 bits usando flipflops D Señal CLR fija flip-flops a asincrónicamente Señal activa baja Señal Load se combina con reloj Clk para cargar datos de inicialización Registro de 4 bits con flipflops D No es conveniente combinar señal de reloj con otras señales Desfase entre registro y otros circuitos Agregar al FF entrada de habilitación CE Si señal Load es, reloj está deshabilitado Registros y buses Registro de 4 bits se representa usando notación de bus Entrada D tiene 4 bits de ancho Salida Q tiene 4 bits de ancho Señal ClrN activa baja Señal Load activa alta Registros con habilitación de salidas Registros pueden tener salidas de 3 estados Facilita conexiones eliminando MUes Requiere entrada para habilitar salidas Si En es, los buffers están activados 24 Mario Medina C.

almacenar n datos al mismo tiempo Registro de 4 bits usando flipflops D Señal CLR fija flip-flops a asincrónicamente Señal activa baja Señal Load se combina con reloj Clk para cargar datos de

2 Conectando registros con salidas de 3 estados Bus de 3 estados Decodificador selecciona el registro que escribe en el bus Registro acumulador Usado en unidades aritmético-lógicas de los procesadores Acumula resultados + Acum Acum Almacena resultados intermedios de operaciones más complejas Sumador paralelo con registro acumulador Registro de n flip-flops D Todos ellos usan el mismo reloj N sumadores completos de bit Celdasumadoracon multiplexor Flip-flop D Sumador completo (FA) Multiplexor con señal Ld permite definir valor inicial para el flip-flop Señal Ad activa flip-flop para almacenar resultado de la suma Registros de desplazamiento Registro que almacena datos binarios y puede desplazarlos a la izquierda o a la derecha Desplazamiento lógico Desplazamiento aritmético Desplazamiento cíclico 24 Mario Medina C. 2

sumadores completos de bit Celdasumadoracon multiplexor Flip-flop D Sumador completo (FA) Multiplexor con señal Ld permite definir valor inicial para el flip-flop Señal Ad activa flip-flop para

3 Tipos de desplazamiento Registro de desplazamiento Contenido del registro se desplaza a la derecha con cada ciclo de reloj Registro recibe un nuevo bit cada ciclo en la entrada Serial In (SI) y pierde un bit cada ciclo por la salida Serial Out (SI) Registro de desplazamiento Sea un registro de desplazamiento de 4 bits Registro tiene valor inicial Entrada es secuencia Secuencia de estados del registro es,,,, Registro de desplazamiento con entradas y salidas seriales Los datos iniciales del registro deben cargarse por la entrada Serial In Demora 8 ciclos en preparar el registro Datos sólo pueden leerse de salida Serial Out Diagrama de tiempo registro de desplazamiento serial Flip-flops activados por canto de subida Entradas se reflejan en la salida en 8 ciclos Registro de desplazamiento con entradas y salidas paralelas Implementado con flip-flops D y MUes Si Sh es, desplaza a la derecha Si L es, carga entradas D-D3 en el flip-flop Si ShL es, no hay cambios 24 Mario Medina C. 3

del registro es,,,, Registro de desplazamiento con entradas y salidas seriales Los datos iniciales del registro deben cargarse por la entrada Serial In Demora 8 ciclos en preparar el registro Datos

4 Diagrama de tiempo Registro de desplazamiento con entradas y salidas paralelas Entradas Sh L Próx. Estado Q + 3 Q + 2 Q + Q + Q 3 Q 2 Q Q D 3 D 2 D D SI Q 3 Q 2 Q Registro 74HC64 entrada serie y salida paralela Registro 74HC64 entrada serie y salida paralela Registro 74HC65 entrada paralela y salida serie Registro 74HC65 entrada paralela y salida serie Entrada SH/LD en nivel bajo activa puertas NAND para carga paralela Entrada CLK INH deshabilita reloj Entrada SER usada para entrada de datos 24 Mario Medina C. 4

entrada serie y salida paralela Registro 74HC65 entrada paralela y salida serie Registro 74HC65 entrada paralela y salida serie

5 Registro 74HC95 Entrada y salida paralelas Registro 74HC95 Entrada y salida paralelas Contadores Contadores síncronos Operación sincronizada de los flip-flops Señal de reloj común Tipo más común de contador Contadores de propagación Cambio de estado de un flip-flop dispara al siguiente flip-flop del contador No serán cubiertos en este curso Contador de Johnson Registro de desplazamiento con salida complementada conectada a la entrada Comportamiento descrito por diagrama de estados Tabla de excitaciones flip-flops Q = Q = Entrada Q + = Q + = Q + = Q + = D T SR JK Contador binario de 8 estados con flip-flops T Tabla muestra estado actual y entrada necesaria para flip-flop T 24 Mario Medina C. 5

Contador de Johnson Registro de desplazamiento con salida complementada conectada a la entrada Comportamiento descrito por diagrama de estados Tabla de excitaciones flip-flops

6 Contador binario de 8 estados con flip-flops T Mapas de Karnaugh para T B y T C (T A es ) Contador binario de 8 estados con flip-flops T T A =, T B = A, T C = AB Contador binario de 8 estados con flip-flops D Rediseñar el contador binario usando flip-flops D Entrada a flip-flops D es igual al estado deseado D A = A D B = A B D C = C BA Contador binario de 8 estados con flip-flops D Rediseñar el contador binario usando flipflops D Contador binario de 8 estados con flip-flops D Contador Gray de 3 bits Diagrama de estados para un contador en código Gray de 3 bits Diseñar el contador con flip-flops J-K 24 Mario Medina C. 6

= A D B = A B D C = C BA Contador binario de 8 estados con flip-flops D Rediseñar el contador binario usando flipflops D Contador binario de 8 estados con

7 Tabla de transiciones y del flipflop J-K Mapas de excitación Estado actual Estado siguiente Q Q+ J K Circuito a implementar Ejemplo: contador de 5 estados con flip-flops T Diagrama de estados Tabla de estados C B A C + B + A Contador de 5 estados Ejemplo: contador de 5 estados con flip-flops T 24 Mario Medina C. 7

flip-flops T Diagrama de estados Tabla de estados C B A C + B + A + - - - - - - - -

8 Ejemplo: contador de 5 estados con flip-flops T Estados no definidos Contador tiene sólo 5 estados Qué pasa con los otros estados? Estados superfluos deben transitar a algún otro estado, pero a cuál? Proceso de diseño especifica transiciones Si estado inicial es CBA =, se puede determinar que estado siguiente es C + B + A + = Procedimiento de diseño contadores con flip-flops T Construir mapa y/o tabla de estados Dibujar mapas de transición Construir mapas para entrada T de cada F/F usando ecuación del flip-flop T Encontrar las ecuaciones de las entradas T Implementar el circuito estados, pero con flip-flops D Flip-flops D: mapa de entrada D es idéntico al mapa del estado siguiente Ecuaciones de excitación de los flip-flops D D C = B D B = C + BA D A = A (C + B) Tarea: identificar las transiciones no definidas en el diagrama de estados estados, pero con flip-flops D estados, pero con flip-flops S-R Necesario determinar ecuaciones para entradas S y R De acuerdo a tabla del flip-flop S-R 24 Mario Medina C. 8

tabla de estados Dibujar mapas de transición Construir mapas para entrada T de cada F/F usando ecuación del flip-flop T Encontrar las ecuaciones de las entradas T Implementar el circuito estados,

9 estados, pero con flip-flops S-R Tabla de excitación de los flip-flops A, B y C estados, pero con flip-flops S-R C B A C + B + A + S C R C S B R B S A R A estados, pero con flip-flops S-R estados, pero con flip-flops S-R Analizar comportamiento para estados no definidos Si CBA = S C, R C = B, A =, (Estado inestable flip-flop S-R) S B, R B = C, C A =, S A, R A = A (C + B), A =, Cómo evitar problemas? Revisar diseño realizado en detalle Definir a priori comportamiento para CBA= Usar otros flip-flops estados, pero con flip-flops J-K Necesario determinar ecuaciones para entradas J y K De acuerdo a tabla del flip-flop S-R estados, pero con flip-flops J-K Tabla de excitación de los flip-flops A, B y C 24 Mario Medina C. 9

A, R A = A (C + B), A =, Cómo evitar problemas?

10 estados, pero con flip-flops J-K estados, pero con flip-flops J-K Contador binario irregular Diagrama de estados para un contador binario irregular Diseñar el contador con flip-flops J-K Tiene 4 estados pero lo haremos con 3 flipflops Tabla de transiciones Estados no válidos (, 3, 4 y 6) pueden ser estados indiferentes en el diseño Estado actual Estado siguiente Q Q+ J K Mapas de excitación Circuito a implementar Análisis del circuito muestra que un estado no válido siempre transita a un estado válido Mario Medina C.

Estados no válidos (, 3, 4 y 6) pueden ser estados indiferentes en el diseño Estado actual Estado siguiente Q Q+ J K Mapas de

11 Contador ascendente/descendente Diagrama de estados para un contador ascendente/descende nte Controlado por señal UP/DOWN Tabla de transiciones Estado actual Estado siguiente UP/DOWN = Estado siguiente UP/DOWN = Mapas de excitación Circuito a implementar Contador bidireccional de 8 estados con flip-flops D Entrada Up/Down controla dirección de la cuenta U =, contador ascendente D =, contador descendente U = D =, cuenta no cambia U = D =, no puede ocurrir Ecuaciones de F/Fs D D A = A (U + D) D B = B (UA + DA ) D C = C (UBA + DB A ) CBA C + B + A + U D Contador bidireccional de 8 estados con flip-flops D Diagrama de estados Resume posibles estados de los flip-flops Estados aparecen en los nodos Arcos entre nodos representan transiciones entre estados Rótulos de los arcos indican entradaasociadaa transición 24 Mario Medina C.

contador descendente U = D =, cuenta no cambia U = D =, no puede ocurrir Ecuaciones de F/Fs D D A = A (U + D) D B = B (UA + DA ) D C = C (UBA + DB A ) CBA C + B + A + U D Contador bidireccional de 8

12 Contador bidireccional de 8 estados con flip-flops D Contador bidireccional de 8 estados recargable Contador incluye señales de control Ld (Load) carga la entrada en el contador Ct (Count) activa contador ClrN (Clear) limpia contador (activa baja) Si Ld = Ct =, contador mantiene estado Si Ld =, se cargan los datos con transición Si Ct =, contador avanza con transición Si Ld = Ct =, recarga prevalece sobre la cuenta Contador bidireccional de 8 estados recargable Contador bidireccional de 8 estados recargable Implementación con AND, OR, MUes Ecuaciones del estado siguiente D A = (Ld A + Ld D Ain ) Ld Ct D B = (Ld B + Ld D Ain ) Ld Ct A D C = (Ld C + Ld D Ain ) Ld Ct A B 24 Mario Medina C. 2

contador avanza con transición Si Ld = Ct =, recarga prevalece sobre la cuenta Contador bidireccional de 8 estados recargable Contador bidireccional de 8 estados recargable

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