Tema 7. SISTEMAS SECUENCIALES. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 1

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1 Tema 7. SISTEMAS SECUENCIALES Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz

2 SISTEMAS SECUENCIALES Sistemas secuenciales. Biestables Asíncronos Latch Flip-flop Contadores Asíncronsos Síncronos Registros Serie (o de desplazamiento) Paralelo Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 2

3 Sistemas secuenciales En los sistemas secuenciales, la salida en un instante de tiempo (t), depende de: El estado de las entradas en ese instante (t). De las salidas en el instante de tiempo (t-). En los sistemas secuenciales, al elemento básico se le denomina biestable. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 3

4 Latch R-S NOR Asíncrono S R R S t No cambia S Prohibido R Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 4

5 Latch R-S NAND Asíncrono (I) S R R S t Prohibido S No cambia R Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 5

6 Latch J-K J K t J No cambia K Modo complementado Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 6

7 Dispositivos síncronos (I) Los elementos secuenciales síncronos, son aquellos que además de sus entradas de datos, poseen una entrada de control denomina CLOCK () o ENABLE (E). En los dispositivos síncronos, solo tendrán efecto los cambios de las entradas en la salida, cuando la entrada de control esté activa. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 7

8 Dispositivos síncronos (II) Los dispositivos síncronos pueden ser activados por flanco o por nivel. Por nivel Por flanco EN EN Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 8

9 Latch D (I) D E E D t Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 9

10 Flip-flop R-S S R S R S t R No cambia t Prohibido Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz

11 Flip-flop J-K (I) J K J J K t No cambia K Modo complementado t Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz

12 Flip-Flop J-K Complementado El flip-flop J-K complementado es aquel que posee sus entradas J y K conectadas a nivel permanentemente. J K Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 2

13 Flip-flop D (I) D D t Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 3

14 Entradas asíncronas (I) Son aquellas entradas que afectan a la salida independientemente de el estado de las entradas síncronas (D, J-K y R-S) y de la señal de reloj. Son dos: SET (S) o PRESET (PR). Al activarla, provoca que la salida se ponga a. RESET (R) o CLEAR (CLR). Un nivel activo en esta entrada, resetea (pone a ) la salida. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 4

15 Entradas asíncronas (II) Flip-flop J-K con entradas asíncronas Preset/Clear J K PR CL t J PR No cambia K CL Complementado Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 5

16 Entradas asíncronas (III) J K PR CL J K PR CL Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 6 t

17 Integrados comerciales (I) Flip Flop J-K: 7473 Flip-Flop J-K Dual activo por flanco negativo con terminar CLEAR Flip-Flop J-K Dual activo por flanco negativo con terminales PRESET Y CLEAR. 747 Flip-Flop J-K Dual activo por flanco negativo con terminar CLEAR. 749 Flip-Flop J-K Dual activo por flanco positivo con terminales PRESET Y CLEAR. 742 Flip-Flop J-K Dual activo por flanco negativo con terminales PRESET Y CLEAR. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 7

18 Integrados comerciales (II) Flip-Flop D: 7474 Flip-Flop D Dual activo por flanco positivo con PRESET y CLEAR Flip-Flop D Hex activo por flanco negativo con CLEAR Flip-Flop D uad activo por flanco negativo con CLEAR Flip-Flop D Octal activo por flanco negativo con CLEAR Flip-Flop D Octal activo por flanco negativo. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 8

19 Integrados comerciales (III) Latch S-R: Latch S-R uad. Latch D: 7475 Latch D uad Latch D Octal. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 9

20 Contadores (I) Los contadores son circuitos secuenciales cuya salida representa el número de impulsos que se han aplicado a la entrada de control. Está formado por biestables conectados entre si. El número máximo de conteo es 2 N -, donde N es el número de biestables. El módulo del contador M (número de combinaciones de salida), se determina por: M n = 2 = n número de biestables Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 2

21 Contadores (II) Clasificación: Tipo de conteo Ascendente Descendente Contadores Por el modo de conectar Asíncrono Síncrono Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 2

22 Contador asíncrono ascendente (I) En los contadores asíncronos, la señal de reloj, solo se aplica al primer flip-flop (el que entrega bit LSB). El resto lo recibe del nivel de la salida del flip-flop anterior. A las entradas J y K de todos los biestables, se les aplica un nivel (implica que todos los JK están en modo complementado). Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 22

23 Contador asíncrono ascendente (II) A B C A B C Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 23

24 Contador asíncrono descendente (I) Como en el caso anterior, solo el primer flip-flop es controlado directamente por la señal de reloj. Las entradas J y K de cada biestable, tienen aplicado un nivel alto (). Las entradas del resto de los flip-flop es controlada por la señal del biestable anterior. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 24

25 Contador asíncrono descendente (II) A B C A B C Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 25

26 Contador síncrono ascendente (I) En los contadores síncronos, la señal Clock se aplica a todas las entradas de los biestables simultáneamente. Las entradas J y K de cada biestable dependerá de las salidas en el tiempo t-. Para determinar la ecuación de las entradas J-K de cada biestable tendremos en cuenta lo siguiente. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 26

27 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 27 Contador síncrono ascendente (II) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t

28 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 28 Contador síncrono ascendente (III) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t C C A B J A B A B A B K C C A B A B A B A B J = K =

29 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 29 Contador síncrono ascendente (IV) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t K 2 C C A B A B A B A B C C A B J 2 A B A B A B J 2 = K 2 = A

30 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 3 Contador síncrono ascendente (V) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t K 3 C C A B A B A B A B C C A B J 3 A B A B A B J 3 = K 3 = A B

31 Contador síncrono ascendente (VI) A B C J K J 2 K 2 J 3 K 3 J = K = J 2 = K 2 = A J 3 = K 3 = A B Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 3

32 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 32 Contador síncrono descendente (I) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t

33 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 33 Contador síncrono descendente (II) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t C C A B J A B A B A B K C C A B A B A B A B J = K =

34 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 34 Contador síncrono descendente (III) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t C C A B J 2 A B A B A B K 2 C C A B A B A B A B J 2 = K 2 = A

35 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 35 Contador síncrono descendente (IV) J K J 2 K 2 J 3 K 3 A B C A B C Entradas t- t C C A B J 3 A B A B A B K 3 C C A B A B A B A B J 3 = K 3 = A B

36 Contador síncrono descendente (V) A B C J K J 2 K 2 J 3 K 3 J = K = J 2 = K 2 = A J 3 = K 3 = A B Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 36

37 Divisor de frecuencia Los contadores pueden emplearse como divisores de frecuencia. En la figura se observa: f c A f c /2 B f c /4 C f c /8 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 37

38 Frecuencia de conteo (I) Una desventaja de los contadores asíncronos, es su menor velocidad de trabajo. En ellos los biestables conmutan de forma secuencial, y solo cuando la entrada pasa de a. Cada biestable tiene un tiempo de propagación (tiempo transcurrido desde que se produce el flanco de activación hasta que la salida varia su nivel). La frecuencia máxima de trabajo viene dada por: f = n = número de biestables t n t P = tiempo de propagación P Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 38

39 Frecuencia de conteo (II) Los contadores síncronos solucionan este inconveniente. Todos los biestables conmutan simultáneamente. De este modo solo consideramos el tiempo de propagación introducido por un biestable y el correspondiente a la puerta AND. La frecuencia de trabajo es: f = t P = tiempo de propagación del biestables t P + t t P2 = tiempo de propagación puerta AND P 2 Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 39

40 Frecuencia de conteo (III) Ejemplo: Calcular la frecuencia máxima de un contador de M=6. Tiempo de propagación del biestable J-K 3 nseg, de la puerta AND nseg. Frecuencia del contador asíncrono f = t P = 4 3nseg = 4 2nseg = 8, 3MHz Frecuencia del contador síncrono f = t P + t P 2 = 3nseg + nseg = 4nseg = 25MHz Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 4

41 Cambio de Módulo (I) Es posible obtener contadores de un módulo inferior al determinado por la expresión 2 n. Para el diseño del contador, deberemos emplear biestables con terminales asíncronos (o de preselección PR y CL). El nivel de estos terminales, vendrá determinado por el estado de las salidas del contador ( A, B y C ). Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 4

42 Cambio de módulo (II) Ejemplo. A partir de un contador asíncrono ascendente de M= 8, obtener un contador de M= 5. Solución: Un contador de M= 5 tiene cinco posibles combinaciones binarias,, 2, 3, y 4. Esto implica que cuando el contador vaya a adquirir la combinación binaria correspondiente al 5, a de iniciar nuevamente la secuencia de conteo (ponerse a ). Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 42

43 Cambio de módulo (III) A B C J J K PR PR PR K CL CL CL J K A B C Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 43

44 Contador UP/DOWN asíncrono (I) Si analizamos por separado los contadores asíncronos ascendentes (UP) y los descendentes (DOWN) observaremos: En el contador ascendente obtenemos las señales de la salidas del biestable anterior. En el contador descendente obtenemos las señales de las salidas del biestable anterior. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 44

45 Contador asíncrono UP/DOWN (II) Para diseñar un contador UP/DOWN bastará con diseñar un circuito que dependiendo del estado de un terminal de selección (U/D) aplique o a la entrada. U/D Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 45

46 Contador asíncrono UP/DOWN (III) U/D U/D U/D = UD + UD U/D Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 46

47 Contador asíncrono UP/DOWN (IV) A B C J PR J PR J PR Clock K CL K CL K CL U/D Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 47

48 Contadores Algunos integrados comerciales: 749 Contador asíncrono de décadas Contador asíncrono binario 4 bits. 746 Contador síncrono BCD. 746 Contador síncrono de 4 bits. 749 Contador BCD síncrono, Up/Down con control de modo Contador binario síncrono, Up/Down con control de modo Contador Octal Up/Down Contador bits. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 48

49 Registros (I) Es un circuito capaz de almacenar información binaria de una determinada longitud. El número de biestables que lo forman, dependerá de la longitud del dato a almacenar. Registros Serie o de desplazamiento Paralelo Entrada serie - salida paralelo Entrada paralelo - salida serie Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 49

50 Registros (II) Comercialmente se fabrica el registro universal Puede trabajar como: Registro de entrada/salida serie. Registro de entrada/salida paralelo. Registro de entrada paralelo, salida serie. Registro de entrada serie, salida paralelo. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 5

51 Registros serie (I) En el registro serie, los datos a almacenar (bits), se introducen uno detrás de otro en forma de tren de pulsos. El número de pulsos necesarios para almacenar un dato, es igual al número de bits a almacenar. Con cada pulso de almacenamiento, los datos se desplazan de un biestable al adyacente. Según esto, existen dos tipos: Registro serie de desplazamiento a la derecha. Registro serie de desplazamiento a la izquierda. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 5

52 Registro serie (II) Registro serie de desplazamiento a la derecha. C B A ENTRADA DE DATOS D D D PULSO DE ALMACENAMIENTO Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 52

53 Registro serie (III) D C B A ENTRADA DE DATOS D D D D PULSO DE ALMACENAMIENTO DATOS CLOCK D C B A Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 53

54 Registro serie (IV) Registro serie de desplazamiento a la izquierda ENTRADA DE DATOS C B A D D D PULSO DE ALMACENAMIENTO Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 54

55 Registro serie (V) ENTRADA DE DATOS D C B A D D D D PULSO DE ALMACENAMIENTO DATOS CLOCK A B C D Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 55

56 Registro paralelo (I) Se caracteriza, porque los bits del dato a almacenar en el registro, se aplican y cargan simultáneamente con el pulso de almacenamiento. Con un solo pulso almacenamos todos los bits en su correspondiente biestable. Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 56

57 Registro paralelo (II) SALIDA DE DATOS PULSO DE ALMACENAMIENTO D C B A D D D D D 3 D 2 D D ENTRADA DE DATOS Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 57

58 Registro paralelo (III) ENTRADA DE DATOS PULSO DE ALMACENAMIENTO D 3 D 2 D D D PR D PR D PR D PR CL CL CL CL D C B A SALIDA DE DATOS Tema 7. Sistemas secuenciales por Angel Redondo I.E.S Isaac Peral Torrejon de Ardoz 58