FUNDAMENTOS DE COMPUTADORES

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE SISTEMAS INFORMÁTICOS FUNDAMENTOS DE COMPUTADORES Laboratorio 7: Contadores Guion de Práctica Juan José Cuervas-Mons Elvira Vicente A. García Alcántara José Gutiérrez Fernández Miguel Ángel Hombrados López Juan Luis Martín Garcés Adolfo Yela Ruiz

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Guion de Practicas ETSISI OBJETIVO: Analizar y observar el funcionamiento de los circuitos secuenciales denominados contadores, emplearlos como divisores de frecuencia y aprender el manejo y funcionamiento de algunos productos comerciales. MATERIAL: Además del simulador y el entrenador, se necesitan los integrados: 7490 (contador de décadas), 7493 (contador hexadecimal), 74191 (contador síncrono hexadecimal en binario reversible programable) y 7400 (cuatro puertas Nand de dos entradas). La información más relevante del datasheet del mencionado circuitos 7476 se encuentra en el apéndice final de esta memoria (la del 7486 ya la tiene de la práctica número 3: Sumadores), que no tiene que imprimir si no lo desea. Todos ellos han sido obtenidos de la página web de Motorola. MUY IMORTANTE, es una de las competencias de la asignatura, hay que ENTENDER los datasheets ( manuales ) de los circuitos integrados. Por tanto, DEDÍQUELE el tiempo que necesite para aprender el funcionamiento de los que en el apéndice correspondiente se le facilitan. ESTUDIO DATASHEET: 7490. Analizando su datasheet se puede decir que el c. i. está formado por los contadores en binario natural ascendentes independientes siguientes: 1. contador módulo 2 cuyo reloj es la entrada CP 0 (activa en flanco de bajada) y su salida es Q 0 y 2. contador asíncrono módulo 5 cuyo reloj es la entrada CP 1 (activa en flanco de bajada), siendo sus salidas (de menor a mayor peso): Q 1, Q 2 y Q 3, que comparten unas entradas de RESET (MR 1 y MR 2 ), puesta a cero de todos los biestables (Q i = 0 para todo i = 0..3) y otras de SET (MS 1 y MS 2 ), puesta a último Página 1

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Guion de Práctica estado que, para el contador módulo 2 será el estado 1 (Q 0 = 1 ) y en el contador módulo 5 será el estado 4 (esto es, de menor a mayor peso, se tendrá: (Q 1, Q 2, Q 3 ) = 001 ). Esta información puede obtenerse en la tabla con el modo de funcionamiento del integrado de la página 4 del datasheet mostrado en el apéndice final de este guion y es: Figura 1: Tabla con el modo de funcionamiento del c. i. 7490. El esquema lógico del integrado que se está analizando y el pin-out del mismo puede encontrarlo en la página 2 del datasheet del circuito integrado y es: Figura 2: esquema lógico y pin-out del c. i. 7490. A la vista del esquema, se puede comprobar como la señal CP 0 sólo actúa como reloj del biestable de la izquierda (contador módulo 2), mientras que CP 1 es la señal de reloj para (contador módulo 5, resto de los biestables) el biestable del medio izquierda y el de la derecha, tomando el biestable restante como señal de reloj la salida Q 1 (de ahí que se tenga que este contador es asíncrono). De igual forma, puede verse el tratamiento que internamente (dentro del chip) se hace con las entradas MS 1, MS 2, MR 1 y MR 2 (tras su multiplicación se niega la misma) y actúan sobre entradas asíncronas de los biestables. Página 2

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Guion de Practicas ETSISI A la vista de lo analizado anteriormente, responda a los apartados 1 al 4 de la hoja de respuestas. ESTUDIO DATASHEET: 7493. Es muy similar al anteriormente analizado. Las diferencias son que el segundo contador es módulo 8 y que solo comparten entradas de RESET (MR 1 y MR 2 ), puesta a cero de todos los biestables (Q i = 0 para todo i = 0..3). En la siguiente figura puede encontrar información diversa relativa al integrado analizado. respuestas. Figura 3: esquema lógico, pin-out y modo de funcionamiento del c. i. 7493. Teniendo en cuenta lo anterior, responda a los apartados 5 al 7 de la hoja de ESTUDIO DATASHEET: 74191. Es un contador síncrono (por flanco de subida de Ck) reversible (esto es, ascendente y descendente) módulo 16 (hexadecimal) en binario natural. Además, se dice que es totalmente programable porque cuenta con una serie de entradas y salidas que permiten, utilizando única y exclusivamente este integrado, implementar cualquier contador/divisor en binario natural hasta módulo 16 y con el sentido de cuenta que se desee. Página 3

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Guion de Práctica Concretamente, cuenta con las siguientes características además de las mencionadas: Enable (CE, pin 4): activa a nivel bajo, que habilita o deshabilita el contador. Carga Paralela Asíncrona: que lleva, de forma asíncrona, el contador a un estado determinado, fijado por el usuario. Para ello, cuenta con las entradas de datos (de mayor a menor peso) P 3, P 2, P 1 y P 0 (pines 9, 10, 1 y 5 respectivamente) y la señal de control (para realizar la carga) PL (pin 11), activa a nivel bajo. Cuenta ascendente/descendente (U/D, pin 5): permite la cuenta en ambos sentidos, ascendente, la señal de control debe valer 0, o descendente, cuando vale 1. También, cuenta con la lógica necesaria para, además de indicar en estado en el que está el contador (salidas, de mayor a menor peso, Q 3, Q 2, Q 1 y Q 0, pines 7, 6, 2 y 3 respectivamente), informar de cuando alcanza el contador el último estado (también llamado final de cuenta ). Dicho último estado depende del sentido de la cuenta que se esté realizando, así pues será el último estado el estado 15 si el sentido de la cuenta es ascendente y será el estado 0 cuando lo sea descendente. Para ello cuenta con dos salidas especiales que funcionan como se describe a continuación: Terminal Count (TC, pin 12) o fin de cuenta : se activa (a nivel alto) cuando se alcanza el último estado y Ripple Count (RC, pin 13): que se activa (a nivel bajo) cuando además de estar en el último estado, la señal de reloj está a nivel bajo (a 0 ). También se puede definir diciendo que esta salida sigue (se comporta igual, toma los mismos valores) que la señal de reloj (CP) cuando el contador está en el último estado. Estas dos salidas especiales son básicas para diseñar contadores de menor capacidad, con un único integrado 74191, o de mayor capacidad empleando varios de los mencionados integrados única y exclusivamente. El funcionamiento explicado también puede observarse en el siguiente cronograma (obtenido de otro datasheet del mismo integrado), donde la señal de carga se llama Load, los datos (para dicha carga) se llaman D, C, B y A (de mayor a Página 4

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Guion de Practicas ETSISI menor peso), Down/Up la que indica el sentido de cuenta, Enable a la señal de activación del integrado, Max/min a la señal TC y Ripple Clock a la señal RC anteriormente mencionadas, además de las clásicas salidas (Qs) y el nombre de la señal de reloj: respuestas. Figura 4: cronograma de funcionamiento del c. i. 74191. Teniendo en cuenta lo anterior, responda a los apartados 8 y 9 de la hoja de Página 5

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Hoja de Respuestas Puesto Nº: ETSISI APELLIDOS, NOMBRE: HOJA DE RESPUESTAS: CIRCUITO INTEGRADO 7490 Apartado 1: Teniendo en cuenta cómo está diseñado el c. i. 7490, realice el conexionado necesario e identifique los valores lógicos a poner en cada una de las entradas en la siguiente figura (que representa de forma lógica el bloque funcional del integrado mencionado) para construir un contador/divisor módulo 10 ascendente en binario natural e indique, en la tabla de la derecha, la secuencia de estados recorrida. Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Est Apartado 2: Razone de qué tipo y por qué, son las entradas MR 0, MR 1, MS 0 y MS 1. Teniendo en cuenta su funcionamiento, indique en la tabla dada un caso concreto (0s o 1s) que pueden dárseles a dichas señales para que el contador funcione como se pide: Funcionamiento: MR 2 MR 1 MS 2 MS 1 Como un contador decimal: En un momento determinado, desde cualquier estado, se quiere ir al estado 0, esto es, (Q 3,Q 2,Q 1,Q 0 ) = 0000 : En un momento determinado, desde cualquier estado, se quiere ir al estado 9, esto es, (Q 3,Q 2,Q 1,Q 0 ) = 1001 : Página 7

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Hoja de Respuestas Apartado 3: Indique que ocurrirá en los siguientes ciclos de reloj, si se tiene el circuito implementado como contador módulo 10 en binario natural ascendente y se modifican, algunas señales de entrada, (las demás siguen inalteradas) según se indica en el cronograma: CK MR 2 MR 1 Q 3,Q 2,Q 1,Q 0 5 Apartado 4: Sobre la siguiente figura, implemente el circuito físico de un contador/divisor módulo 8 ascendente: CIRCUITO INTEGRADO 7493 Apartado 5: Sobre la siguiente figura, basada en el circuito lógico del integrado 7490, realice el conexionado necesario e identifique los valores lógicos a poner en cada una de las entradas para construir un contador/divisor hexadecimal ascendente en binario natural e indique, en la tabla de la derecha, la secuencia de estados recorrida. Página 8

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Hoja de Respuestas Puesto Nº: ETSISI APELLIDOS, NOMBRE: Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Est Apartado 6: Las señales de RESET son, en este caso, del mismo tipo y con el mismo funcionamiento que las del c. i. 7490? Indique en la tabla dada un caso concreto (0s o 1s) que pueden dárseles a dichas señales para que el contador funcione como se pide: Funcionamiento: MR 2 MR 1 Como un contador hexadecimal: En un momento determinado, se quiere reiniciar (ir al estado 0, esto es, (Q 3,Q 2,Q 1,Q 0 ) = 0000 ) el contador: Apartado 7: Implemente un contador/divisor módulo 13 sobre la siguiente figura formada por el esquema físico (que es la representación del simulador) del c. i. 7493 (variando el nombre de las señales respecto al datasheet dado) y una ÚNICA puerta And de dos entradas, además de los terminales de alimentación, tierra, reloj y un display para mostrar la salida. Página 9

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Hoja de Respuestas CIRCUITO INTEGRADO 74191 Apartado 8: Dibuje un diagrama de flujo de un circuito contador/divisor módulo 9 e indique, en la tabla de la derecha, los valores que hay que poner en cada una de las entradas indicadas de un circuito integrado 74191 para que realice dicha cuenta (usando ÚNICA Y EXCLUSIVAMENTE un único circuito como el mencionado): Diagrama de flujo: Entrada Valor CE U/D PL P 3 P 2 P 1 P 0 siguiente figura: Apartado 9: Implemente el circuito físico del apartado anterior sobre la Página 10

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Datasheets ETSISI APENDICE: DATASHEETS Datasheet 1: Circuito 7490 y 7493, página 1. Página 11

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Datasheets Datasheet 2: Circuito 7490 y 7493, página 2. Página 12

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Datasheets ETSISI Datasheet 3: Circuito 7490 y 7493, página 3. Página 13

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Datasheets Datasheet 4: Circuito 7490 y 7493, página 4. Página 14

UPM Fundamentos de Computadores Práctica 7: Contadores Datasheets ETSISI Datasheet 5: Circuito 74191, página 1. Página 15

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Datasheets Datasheet 6: Circuito 74191, página 2. Página 16

Fundamentos de Computadores Práctica 7 Datasheets Datasheet 8: Circuito 74191, página 4. Página 18