MÓDULO Nº7 REGISTROS Y CONTADORES

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1 MÓDULO Nº7 REGISTROS Y CONTADORES UNIDAD: LÓGICA SECUENCIAL TEMAS: Registros. Contadores. OBJETIVOS: Explicar que es un registro, su clasificación y sus principales características. Explicar que es un contador, su clasificación y sus principales características. 1. Registros: DESARROLLO DE TEMAS Existen básicamente dos tipos de registros: de almacenamiento y los de desplazamiento. A continuación se analizan los primeros: Un registro de almacenamiento consiste en un grupo de FLIP FLOP S conectados paralelamente, permitiendo el almacenamiento de una palabra digital de cierta longitud (número de bits) cuya estructura lógica es la siguiente: Carga Entradas de Datos Paralela REGISTRO DE M BITS Habilitación Salidas de Datos Paralela Estos dispositivos operan de la siguiente manera: Inicialmente un dato es presentado en los pines de ingreso de datos, sin embargo este dato no será pasado a las salidas hasta que no se haya dado un pulso digital en la línea de carga. Cuando esto sucede el dato presente pasa a las salidas y queda memorizado hasta que se de un nuevo pulso. Adicionalmente la mayoría de los registros ofrecen la posibilidad de salidas en 3 estados, es decir, 1, 0 y alta impedancia o circuito abierto, esto permiten tener buses de datos bidireccionales como los existentes en las computadoras digitales, sin que se de un corto circuito, esto se puede apreciar en el siguiente esquema simplificado del bus de datos de una computadora:

2 IN OUT OUT IN OUT IN IN / OUT IN OUT MEMORY DAT BUS W/R I/O WR RD W/R MEM Uno de los registros de almacenamientos más populares es el 74374, que es un registro de 8bits utilizado ampliamente en sistemas microprocesados, específicamente en los buses de datos y direcciones de los mismos. Su disposición de pines así como su tabla de verdad se muestran en el siguiente gráfico: CLK La terminología usada es la siguiente: L nivel lógico cero, H nivel lógico alto, flanco de subida, Q 0 último valor guardado, Z estado de alta impedancia, X no importa. Por otra un registro de desplazamiento es un grupo de FLIP FLOP S conectados uno a continuación del otro, lo cual le permite realizar un corrimiento de datos hacia la izquierda o hacia la derecha con cada pulso de la señal de reloj. Debido a esta característica, son circuitos extremadamente útiles cuando se habla de protocolos de comunicación serial. Existen básicamente 2 tipos de registros de desplazamiento: Registros SIPO y PISO. Un registro SIPO (Serial Input Parallel Output) es aquel en que los datos ingresan bit a bit o en serie, y se tiene una salida para cada bit de la palabra digital, es decir se obtienen en paralelo. Por otra parte un registro PISO (Parallel Input Serial Output), funciona exactamente en forma opuesta, es decir los datos ingresan en forma paralela y se obtienen en forma serial. El funcionamiento de los registros PISO Y SIPO se puede analizar en la siguiente figura:

3 SIPO PISO A nivel de registros de desplazamiento, los más populares son el (SIPO) y el (PISO), ambos son registros de 8 bits cuya estructura se muestra a continuación: CLK1 CLK2 IN1 IN2 AUX IN Para el 74165, las dos entradas de reloj están conectadas a una compuerta OR, así que se puede utilizar una entrada de reloj como habilitación, o simplemente se puede conectar las dos entradas a la misma señal de reloj. La entrada AUX IN se utiliza para establecer con que valor serán llenados los FLIP FLOP S después de haber desplazado todos los 8 bits, ya sea con ceros o unos. Por otra parte el 74164, posee dos entradas que pueden actuar de la misma manera que las señales de reloj del caso anterior. 2. Contadores: Un contador es básicamente un circuito que cuenta pulsos digitales provenientes de multivibradores, el resultado de este conteo es mostrado en forma binaria por medio de un cierto número de salidas, el máximo conteo depende del número de salidas, la relación es la siguiente: M <= 2 N

4 Donde M es el conteo máximo y N es el número de salidas, así un contador de 4 salidas puede contar máximo hasta 16. En la siguiente figura se muestra el símbolo y el funcionamiento de un contador sencillo de 4 salidas: Entrada de Reloj El valor de M también se utiliza para definir el módulo de un contador, de esta manera las siguientes siglas: CONT. MOD 4, representan a un contador que cuenta del 0 al 3, CONT. MOD 16, representa un contador que cuenta del 0 al 15. Un caso especial es: CONT. BCD, que representa a un contador decimal, es decir cuenta del 0 al 9. A un contador también se le denomina divisor de frecuencia, la razón de esto es simple, si se observa en el gráfico anterior la salida A cambia de estado cada dos pulso de la señal de reloj, B cada 4, C cada 8 y D cada 16, de esta manera A es la mitad de frecuencia de entrada y D es la dieciseisava parte de la frecuencia de entrada. Existe una gran cantidad de contadores cada uno con diferentes características y funcionamiento, sin embargo estas características en la mayoría de los casos pueden ser identificadas rápidamente al analizar las funciones de sus pines, es por esto que a continuación se presenta un contador genérico por medio del cual se pueden desprender los diferentes tipos de contadores. A continuación se muestra su esquema junto con la explicación de sus pines: Entradas de Prefijación Carga Reset Reloj Ascendente Reloj Descendente Reloj Simple Línea Up/Down CONTADOR MOD M Habilitación Salida de Carry Salida de Borrow Salidas de Conteo i. Entradas de Prefijación y Carga (PA ó P1, PB ó P2, PC ó P3, PD ó P4, ): Su función es la de definir el valor inicial del conteo a partir del cual se contará, las primeras definen el valor y la segunda permite que dicho valor aparezca en las salidas. Son típicas de contadores programables.

5 ii. iii. iv. Reset (CLEAR ó RESET): Como su nombre lo indica su función es la de poner el conteo en cero. Reloj Ascendente y Descendente (CLOCK UP, CLOCK DOWN): Algunos contadores pueden contar en forma ascendente o en forma descendente, para estos casos se disponen de dos líneas de reloj. Cuando se cuenta ascendentemente la línea de reloj descendente debe ser alta y los pulsos de reloj se introducen por la línea ascendente. Reloj Simple y Línea Up/Down (CLK, UP/DOWN): En otros modelos de contadores Ascendentes Descendentes se dispone de una sola línea de reloj y una línea para seleccionar el sentido de conteo. v. Habilitación ( ó INHIBIT): Como su nombre lo indica permite que el dispositivo cuente o no, en algunos casos se puede considerar a esta línea como una línea de pausa. vi. vii. viii. Salidas de Conteo (QA ó Q1, QB ó Q2, QC ó Q3, QD ó Q4): Aquí se encuentra el valor actual de conteo. Salida de Carry: Cuando el conteo pasa del máximo al mínimo esta línea genera un pulso, que se utiliza como reloj para otros contadores en cascada. Salida de Borrow: Realiza la misma función que el anterior solo que en este caso el pulso se genera cuando el conteo pasa del mínimo al máximo (conteo descendente), en algunos contadores la línea de carry, puede hacer las veces de Borrow. El 74191: Es un contador BCD ascendente descendente programable cuya distribución de pines se muestra a continuación: 74LS191 Conexión en cascada de contadores: En la mayoría de aplicaciones, un contador de un solo dígito (0 a 9 o 0 a F), no es suficiente, en estos casos es necesaria la conexión de contadores en cascada de manera que se pueda alcanzar un conteo de más dígitos o bits. Esta conexión se muestra a continuación:

6 CLK QA QB QC QD CARRY ó BORROW CLK QA QB QC QD CARRY ó BORROW CLK QA QB QC QD CARRY ó BORROW Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 FREC IN Menos Significativo Más Significativo (Unidades) (Decenas) (Centenas) Como se aprecia, la conexión en cascada solo requiere la conexión de las líneas de expansión, ya sea CARRY para conteo ascendente o BORROW para conteo descendente, a la línea de reloj del siguiente contador. Cuando el primer contador haya sobrepasado su conteo, emitirá un pulso que hará que el siguiente incremente o decremente su conteo según su configuración. Un ejemplo clásico de este contador, es el contador de direcciones en un computador cuyo conteo máximo podría ser 250GBytes aproximadamente 38 bits desde Q0 hasta Q37.

7 EJERCICIOS 1. Con ayuda de un registro de almacenamiento como el 74374, modifique el esquema 3 del módulo de codificadores y decodificadores para que opere con pulsantes en vez de dipswitchs, y aún así sea capaz de retener la última tecla pulsada. 2. Dibuje la conexión entre el 74165, el y un Aestable 555, para realizar una transmisión serial de 8 bits. 3. Utilizando el realice un juego de luces de 8 LED s a fin de crear el efecto de una cadena de encendidos y apagados. 4. Con base en el esquema 3 del módulo de codificadores y decodificadores, y el contador 74191, diseñe un contador BCD de velocidad variable. 5. Expanda el ejercicio 4, esta vez para realizar un contador de 0 a 99.