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Fundamentos de los Computadores. Circuitos Secuenciales de Propsito General T8-1

TEMA 8. Circuitos Secuenciales de Propsito General

INDICE:

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

o CARGA SERIE Y PARALELA

o UNIVERSAL

DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOSCON REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

o CODIFICACIN EN BINARIO NATURAL Y USODE UN DECODIFICADOR

o CODIFICACIN MEDIANTE UN CDIGO DE UNOENTRE N (UN FF POR ESTADO).

CONTADORES

DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOSUSANDO CONTADORES

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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

LOS REGISTROS SE USAN PARA ALMACENAR UNA SERIE DE BITSRELACIONADOS, COMO UN BYTE (8 BITS) DE UNA COMPUTADORA.

ESTO ES UN REGISTRO DE 3 BITS.

LA PALABRA A[0-2] SOLO APARECE EN LA SALIDA Q[0-2], SI SEPRODUCE EL DISPARO DEL BIESTABLE, MEDIANTE EL FLANCO DESUBIDA DEL RELOJ CLK:

ESTE CIRCUITO REGISTRA EL DATO DE LA ENTRADA Y LOTRANSMITE A LA SALIDA SOLO CUANDO SE LE DA LA ORDEN.

UN REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO REGISTRA Y DESPLAZALA INFORMACIN.

LA CARGA DE LA INFORMACIN PUEDE SER EN SERIE, LAPALABRA SE CARGA EN EL REGISTRO BIT A BIT CON CADA PULSODE RELOJ, O EN PARALELO, LA PALABRA SE CARGA COMPLETA ENEL REGISTRO CON UN SOLO PULSO DE RELOJ.

LA TRANSMISIN DEL DATO SE HACE TAMBIN EN SERIE O ENPARALELO.

D Q

QCLK

D Q

QCLK

D Q

QCLK

CLK

A2 A1 A0

Q2 Q1 Q0

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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO CON CARGA SERIE

LA SEAL DE BORRADO (CLR) COLOCA A LOS BIESTABLES EN ELESTADO 0. CADA VEZ QUE LLEGA UN FLANCO DE SUBIDA DE LASEAL DE RELOJ (CLK), CADA BIESTABLE CAPTURA LO QUE HAYEN SU ENTRADA, O SEA, LO QUE HAY EN EL BIESTABLE ANTERIOR,CON LO QUE LA INFORMACIN SE VA DESPLAZANDO A LADERECHA.

UN EJEMPLO:

VAMOS A REGISTRAR Y DESPLAZAR LA PALABRA DE 4 BITS 0101.SECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO.SalidasDCBA

CLR = 0 0 0 0 0CLR = 1 / 1erPulso de CLK 1 0 0 0CLR = 1 / 2 Pulso de CLK 0 1 0 0CLR = 1 / 3erPulso de CLK 1 0 1 0CLR = 1 / 4 Pulso de CLK 0 1 0 1

LA PALABRA 0101 HA SIDO CARGADA EN EL REGISTRO Y ESTDISPONIBLE EN LAS SALIDAS PARALELO. PARA QUE ESTUVIERAEN LA SALIDA SERIE:

Salidas SerieA

CLR = 1 / 4 Pulso de CLK 1CLR = 1 / 5 Pulso de CLK 0CLR = 1 / 6 Pulso de CLK 1

CLR = 1 / 7 Pulso de CLK 0

CLK

Entrada deDatos Serie D B AC

D Q

QCLK

CLR

D Q

QCLK

CLR

D Q

QCLK

CLR

D Q

QCLK

CLR

CLR

Salida de Datos Paralelo

Salida deDatos Serie

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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO CON CARGA SERIE

UN REGISTRO DE ESTE TIPO CARGA TODOS LOS BITS AL MISMOTIEMPO.

EL SIGUIENTE CIRCUITO ES UN REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO DE4 BITS DE CARGA PARALELO Y DESPLAZAMIENTO A LA DERECHA:

LOS DATOS SE CARGAN POR EL PRESET DE CADA BIESTABLE (SETRATA DE UNA ENTRADA ASNCRONA).

UN EJEMPLO:VAMOS A CARGAR LA PALABRA 0110Y DESPLAZARLA.SECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO:

SalidasDCBA

CLR = 0 0 0 0 0DATO CARGADO CLR = 1 0 1 1 0

DESPLAZAMIENTO CLR = 1 / 1erPulso de CLK 0 0 1 1CLR = 1 / 2 Pulso de CLK 1 0 0 1CLR = 1 / 3erPulso de CLK 1 1 0 0CLR = 1 / 4 Pulso de CLK 0 1 1 0

EL DATO SE CARGA ANTES DEL PRIMER PULSO DEL RELOJ Y DEFORMA SNCRONA SE DESPLAZA A LA DERECHA.

SE PRODUCE UNA CIRCULACIN DE LA PALABRA DIGITAL,REGISTROS RECIRCULANTES.

CLK

CLR

C B AD

Salida de Datos Paralelo

Carga deDatos Paralelo

J PR

Q

QCLK

CLRK

J PR

Q

QCLK

CLRK

J PR

Q

QCLK

CLRK

J PR

Q

QCLK

CLRK

DCBA

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REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO UNIVERSAL

SE TRATA DE UN CIRCUITO INTEGRADO QUE DISPONE DE UNREGISTRO DE DESPLAZAMIENTO, CON CARGA SERIE, CARGA

PARALELA, DESPLAZAMIENTO A IZQUIERDA Y A DERECHA,SELECCIONABLE MEDIANTE UNAS SEALES DE CONTROL.

DE 4 BITS:

EL FUNCIONAMIENTO DE ESTE DISPOSITIVO ES SIMILAR A LOSDESCRITOS ANTERIORMENTE; CABE HACER NOTAR QUE CUANDOSE SELECCIONA LA OPERACIN DE DESPLAZAMIENTO A LADERECHA EL BIT QUE SE CARGA (ENTRADA: DSR) QUEDAREGISTRADO EN LA POSICIN A (SALIDA: QA), MIENTRAS QUE SISELECCIONAMOS LA OPERACIN DE DESPLAZAMIENTO A LAIZQUIERDA, EL BIT QUE SE CARGA (ENTRADA: DSL) QUEDAREGISTRADO EN LA POSICIN D (SALIDA: QD).

DSL

CLKCLR

QAQBQCQD

DSR

ABCD

S0 S1

SRG4

CargaParalelo

Carga serie, despl. derechaCarga serie, despl. izquierda

RelojBorrado

Control de

modo

SalidaParalelo

Modo de operacin S0 S1Mantenimiento 0 0Despl. Izquierda 0 1Despl. Derecha 1 0Carga paralelo 1 1

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DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOS CONREGISTROS DE DESPLAZAMIENTO (I)

CODIFICACIN EN BINARIO NATURAL Y USO DE DECODIFICADOR

SUPONGAMOS EL SIGUIENTE DIAGRAMA DE FLUJO Y LAASIGNACIN DE ESTADOS

USAREMOS LOS BIESTABLES D QUE CONTIENE EL REGISTROUNIVERSAL. SE COMIENZA OBSERVANDO EN QUE ESTADOSINTERNOS CADA UNA DE LAS VARIABLES Q1 Y Q0 TOMAN EL

VALOR 1, O SEA, CUANDO SE ACTIVAN. SUPONIENDO X LAENTRADA Y Z LA SALIDA:

Q0 SE ACTIVAR CUANDO SE LLEGUE A LOS ESTADOS B Y D; ALESTADO B SE LLEGA DESDE A CON ENTRADA 1 (TRMINO AX); ALESTADO D SE LLEGA DESDE C CON ENTRADA 0 (TRMINO CX) YDESDE EL PROPIO D CON ENTRADA 0 (TRMINO DX), AS LAEXPRESIN BOOLEANA DE Q0 SER:

Q0n+1= AX + CX + DX

Q1 SE ACTIVAR CUANDO SE LLEGUE A LOS ESTADOS C Y D; ALESTADO C SE LLEGA DESDE B CON ENTRADA 0 (TRMINO BX) YDESDE EL PROPIO C CON ENTRADA 1 (TRMINO CX), AS LAEXPRESIN BOOLEANA DE Q1 SER:

Q1n+1= BX + CX + CX + DX = BX + C + DX

Estados Q1 Q0A 0 0B 0 1

C 1 0D 1 1

D

B

CA

0/0

1/1

1/1

0/0

0/11/0 1/0

0/1

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DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOS CONREGISTROS DE DESPLAZAMIENTO (II)

DE LA MISMA MANERA SE PUEDE OBTENER Z COMO:

Z = AX + DX + CX + BX

TENIENDO EN CUENTA QUE EL REGISTRO CONTIENE BIESTABLESD: QN+1= D

D0 = AX + CX + DXD1 = BX + C + DX

A CONTINUACIN IMPLEMENTEMOS EL CIRCUITO (LA SALIDA NOAPARECE EN ESTE CASO).

LA LTIMA ETAPA LA FORMAN EL REGISTRO (EN ESTE CASO DE 2BITS) Y UN DECODIFICADOR DE 2 BITS:

SRG

CLK

EN

0123

2/4

GNDQ1

Q01D

AX

CX

DX

BX

ABCDC

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Estados Q3 Q2 Q1 Q0A 1 0 0 0B 0 1 0 0C 0 0 1 0D 0 0 0 1

DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOS CONREGISTROS DE DESPLAZAMIENTO (III)

CODIFICACIN MEDIANTE UN CDIGO DE UNO ENTRE N

(UN FF POR ESTADO)

ESTE PROCESO DE DISEO ES AN MS SISTEMTICO Y PERMITEDISEAR MS RPIDAMENTE EL SISTEMA PERO SE DEBEN USARUN REGISTRO DE MAYOR TAMAO (POR CADA VARIABLE DEESTADO INTERNO).

BASNDONOS EN EL DIAGRAMA DE FLUJO ANTERIOR:

SRG

1D Q3 = A

Q2 = B

Q1 = C

Q0 = D

CLKAX

DX

BX

A

XBX

CX

CX

DX

ECUACIONES:Q3n+1= AX + DX + BXQ2n+1= AX

Q1n+1= BX + CXQ0n+1= CX + DX

D

B

CA

0/0

1/1

1/1

0/0

0/1

1/0 1/0

0/1

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CONTADORES

EL NOMBRE DE CONTADOR SE USA PARA DESIGNAR CUALQUIERCIRCUITO SECUENCIAL QUE CUENTE M ESTADOS EN UN SOLO

CICLO DE FUNCIONAMIENTO.EL NMERO M DE ESTADOS QUE CUENTA SE CONOCE COMOMDULODEL CONTADOR.NUESTRO INTERS SE CENTRAR EN LOS CONTADORES BINARIOS,AQUELLOS QUE REALIZAN UNA CUENTA EN BINARIO DE UNNMERO DETERMINADO DE ESTADOS.

EJEMPLO: CONTADOR DE MDULO-8 (MOD-8)ESTE CIRCUITO CUENTA 8 ESTADOS, CON LO QUE NECESITA 3 BITS,

A CADA PULSO DE RELOJ, AVANZA EN LA CUENTA DE ESTADOS:

COMO VUELVE AL ESTADO INICIAL SE LE SUELE LLAMARCONTADOR DE RIZADO.

EN Q

QT

EN Q

QT

EN Q

QTCLK

1 1 1

CBA000

1erPulso de CLK 0012Pulso de CLK 0103erPulso de CLK 0114 Pulso de CLK 1005 Pulso de CLK 101

6 Pulso de CLK 1107 Pulso de CLK 1118 Pulso de CLK 000

000

110

111

001

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CONTADORES (II)

UN CONTADOR EN GENERAL CUENTA CON UNA ENTRADA QUE LEPERMITE CONTAR TANTO ADELANTE COMO HACIA ATRS,

INCLUSO CON ENTRADA DE INHIBICIN QUE DETIENE LASECUENCIA DE CONTEO, Y POR LTIMO CON UN REGISTRO QUEPERMITE ESTABLECER UN ESTADO INICIAL A PARTIR DEL CULCOMIENZA LA CUENTA.

EJERCICIO

VAMOS A DISEAR UN CONTADOR SNCRONO BINARIO QUECUENTE DE 0 A 7 Y SEA REVERSIBLE.EMPLEAREMOS BIESTABLES JK Y CIRCUITOS LGICOS SSI O MSI.

COMENCEMOS CON LA TABLA DE TRANSICIN:

Ent Estado presente Estado futuro Entrada biestablesA/D qc qb qa QC QB QA Jc Kc Jb Kb Ja Ka

0 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X0 0 0 1 0 1 0 0 X 1 X X 10 0 1 0 0 1 1 0 X X 0 1 X0 0 1 1 1 0 0 1 X X 1 X 10 1 0 0 1 0 1 X 0 0 X 1 X0 1 0 1 1 1 0 X 0 1 X X 10 1 1 0 1 1 1 X 0 X 0 1 X0 1 1 1 0 0 0 X 1 X 1 X 11 0 0 0 1 1 1 1 X 1 X 1 X1 0 0 1 0 0 0 0 X 0 X X 11 0 1 0 0 0 1 0 X X 1 1 X1 0 1 1 0 1 0 0 X X 1 X 11 1 0 0 0 1 1 X 1 1 X 1 X1 1 0 1 1 0 0 X 0 0 X X 11 1 1 0 1 0 1 X 0 X 1 1 X1 1 1 1 1 1 0 X 0 X 0 X 1

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CONTADORES (III)

DE LA TABLA SE OBTIENEN LAS FUNCIONES QUE EXCITARNCADA BIESTABLE:

Ja = Ka = 1Jb = Kb = m(1,3,5,7,8,10,11,12,14)Jc = Kc = m(3,7,8,11,12)

LAS FUNCIONES SE REALIZAN MEDIANTE UN DECODIFICADOR DE 4A 16 LNEAS Y EL CIRCUITO QUEDA COMO:

J

K

Q

QCLK

J

K

Q

QCLK

QAQA

QB

QB

J

K

Q

QCLK

QC

QC

CLK

VCC

EN

0

0123

4/16

4567

3

8

9101112131415GND

A/DQCQBQA

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DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOSUSANDO CONTADORES

EN LOS DIAGRAMAS DE FLUJO DE LOS SISTEMAS SECUENCIALES

EXISTEN PASOS DE UN ESTADO A OTRO (COMO LOS CONTADORES)Y PASOS AL PROPIO ESTADO (COMO SI EL CONTADOR PARASE).TODAS LAS POSIBILIDADES EN UN DIAGRAMA DE FLUJO PUEDENSER CUBIERTAS USANDO CONTADORES DE MANERA APROPIADA.

EL CONTADOR SNCRONO QUE USAREMOS PARA NUESTROSEJEMPLOS TENDR UNA ENTRADA DE RELOJ, UNA ENTRADA DERESET (R) QUE PERMITA SITUAR AL CONTADOR EN EL ESTADOINICIAL, UNA ENTRADA DE CUENTA Y NO CARGA (M1=0) Y NO

CUENTA Y CARGA EN PARALELO (M1=1) Y N ENTRADAS DE CARGAPARALELO. PARA VER EL MTODO DE DISEO NOS BASAREMOS ENEL DIAGRAMA DE FLUJO SIGUIENTE:

DEBEMOS GENERAR ENTONCES LAS ENTRADAS D Y LA SEAL M1.

a

g

h

c

0X/01X/1

X1/1X0/0

XX/1

XX/0

XX/1

b

ed

f

XX/X

XX/1XX/0

BA/Z

CTRRM1

Dn n

Q

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DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOSUSANDO CONTADORES (II)

COMENZAREMOS DEDUCIENDO EL NMERO DE VARIABLES DE

ESTADO QQUE NOS HACEN FALTA PARA DESCRIBIR LOS ESTADOS.ESTE SER EL NMERO DE BIESTABLES QUE CONTENGA ELCONTADOR. SE NECESITAN k BIESTABLES PARA n ESTADOS TALQUE 2kn.

LA ASIGNACIN DE LOS CDIGOS CORRESPONDIENTE A CADAESTADO DEBE REALIZARSE DE MANERA EL NMERO DE SALTOSENTRE ESTADOS QUE NO TENGAN ASIGNADOS CDIGOSCONSECUTIVOS SEA MNIMO.

Estado Q2 Q1 Q0 Estado Q2 Q1 Q0A 0 0 0 E 1 0 0B 0 0 1 F 1 0 1C 0 1 0 G 1 1 0D 0 1 1 H 1 1 1

LA TABLA DE ESTADOS QUE DEBEMOS REALIZAR DEBE

CONTENER: LAS ENTRADAS, EL ESTADO PRESENTE, EL ESTADOFUTURO, M1 (NO CARGA-0 O CARGA-1), EL ESTADO A CARGAR SINO CUENTA Y LA SALIDA:

Entrada Estado Presen. Estado Futuro Carga Carga Estado SalB A q2 q1 q0 Q2 Q1 Q0 M1 D2 D1 D0 ZX X 0 0 0 0 0 1 0 X X X 0X 0 0 0 1 0 1 0 0 X X X 0X 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 10 X 0 1 0 0 1 1 0 X X X 01 X 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1X X 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0X X 1 0 0 1 0 1 0 X X X 1X X 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1X X 1 1 0 1 1 1 0 X X X 1X X 1 1 1 0 0 0 0 X X X 0

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DISEO DE SISTEMAS SECUENCIALES SNCRONOSUSANDO CONTADORES (III)

YA SOLO QUEDA DEDUCIR D2, D1, D0, M1 Y Z POR EL MTODO QUE

SE QUIERA:

D2 = q2D1 = q1q2D0 = q0q1M1 (B,A,q2,q1,q0) = m(3,5,9,11,13,18,19,21,25,26,27,29)Z (B,A,q2,q1,q0) = m(4,5,6,9,12,13,14,18,20,21,22,25,26,28,29,30)

EL SISTEMA QUEDARA COMO LA FIGURA INDICA.

EL CIRCUITO COMBINACIONAL QUE IMPLEMENTA M1 Y Z NO SEREPRESENTA

CTR

CLK

Q1

Q01D

AB

RM1

Reset

Q2D1

D0

D2Q1

Q0

Q2AB

M1Z

CIRCUITOPARA

DISEAR