PRÁCTICA 4. CONTADORES 1. Objetivo En esta práctica se va a estudiar el funcionamiento de los circuitos secuenciales, tomando como ejemplo varios contadores. 2. Material necesario La práctica se realizará en el centro de cálculo, usando el programa MicroCAP V. 3. Trabajo previo Se le suponen al alumno conocimientos básicos sobre circuitos secuenciales. Es necesario saber cómo se puede construir un contador asíncrono de cualquier número de bits a partir de biestables tipo D. En los esquemas de la asignatura aparece un contador de 4 bits construido con biestables J-K. El alumno debe conocer la forma de convertirlo en uno que use biestables D. 1. Diseño de un contador asíncrono de 4 bits Diseñar un contador asíncrono de 4 bits con biestables D. 2. Construcción de un contador de 4 bits módulo 13 Diseñar un contador de 4 bits y módulo 13 como una máquina de estados. La única entrada a la máquina será la señal de rloj CLK, y las 4 salidas serán los 4 bits del contador. Hay que diseñar la tabla de transición de estados, y las ecuaciones de los biestables. Utilizar biestables tipo D. 3. Convertir el contador del apartado 1 en un contador módulo 10. Convertir el diseño anterior de MicroCAP en un contador módulo 10. Para ello hay que añadir un circuito combinacional que reinicie el contador cuando alcance el valor 10. Es necesario incluir la posibilidad de reinicializar el contador mediante una señal externa. Antes de la realización de la práctica, el alumno deberá contestar las cuestiones del apartado 5 (Cuestiones previas). 4. Diseño de un contador síncrono de 4 bits A partir del contador con biestables JK incluido en los apuntes de la asignatura, diseñar la celda básica de uno hecho con biestables D. Después indicar cómo se unirían las celdas para formar el contador. 23
El contador debe incluir la posibilidad de un reset síncrono. 4. Realización de la práctica 1. Simulación de un contador asíncrono de módulo 10 Simular en MicroCAP el contador asíncrono diseñado en el apartado 3.3. Una vez construido, obtener el anho de pulso que aparece en la señal CLR. La señal CLR es la señal que se activa (a nivel bajo) cuando el contador alcanza el valor 10, y que pone a 0 todos los biestables. La figura 1 muestra un montaje similar, que habrá que adaptar ligeramente para usarlo en MicroCAP. Es necesario incluir la posibilidad de reinicializar el contador mediante una señal externa. Figura 1 Tanto en el apartado 1 como en el 2 es necesario inicializar los biestables para que MicroCAP pueda simular su comportamiento. Esto se hace generando una señal de CLEAR externo, que debe estar activa al menos durante 2us. A partir de 2us, la señal se inactiva y el contador cuenta normalmente. Todos los pines de entrada de los biestables, incluidos los de preselección (PREB) y clear (CLRB) deben estar conectados a alguna señal. Debe elegirse la señal más apropiada en cada caso, o generar una específica. Ampliar la transición que se produce entre los valores 3 y 4 para observar el comportamiento. 2. Simulación de un contador síncrono de módulo 10 Construir el contador síncrono de 4 bits diseñado en el apartado 3.4. Simularlo y obtener su comportamiento. 24
Una vez construido y simulado, añadirle un circuito combinacional que active la señal de reset síncrono para que el contador completo tenga módulo 10. Determinar en qué valor del contador debe activarse la señal de reset para que el funcionamiento sea correcto. 25
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5. Cuestiones previas Entregar antes del comienzo de la práctica NOMBRE: 1. Adjuntar el esquema de un contador asíncrono módulo 10. 2. Resolución del contador de 4 bits módulo 13 como máquina de estados. 3. Contador asíncrono de módulo 10 4. Celda básica del contador síncrono con reset síncrono hecho con biestables D 5. Forma de unión de las celdas básicas del apartado anterior para formar un contador de 4 bits. 27
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6. Memoria de resultados Rellenar para comprobar el funcionamiento de la práctica NOMBRE: 1. Medir el ancho del pulso que aparece en la señal CLR en la transición entre 9 y 0. 2. Ampliar la gráfica en el paso de 3 a 4 hasta ver con detalle el cambio entre valores. 3. A qué se debe que el cambio entre 3 y 4, tal y como se puede ver en la gráfica ampliada, no sea directo? En qué otros cambios de valor se producirá el mismo efecto? 4. Medir los retrasos producidos entre la señal de reloj y QA y QB para diferentes valores de la cuenta 5. Los efectos descritos en la cuestión anterior, se producen también en el contador síncrono? 29
6. Medir los retrasos entre el reloj y Q y QB, igual que en la cuestión 4, para el contador síncrono. Qué diferencia se aprecia respecto a los medidos en el contador asíncrono? A qué se debe esta diferencia? 30