UASLP – FI
Laboratorio de Sistemas Digitales
Práctica 6
Práctica 6 Diseño de un contador síncron o mediante Flip-Flops Flip-Flops 6.1 Objetivo
Comprender el funcionamiento de un contador digital basado en circuitos secuenciales y diseñar un contador digital y desplegar el resultado en un exhibidor de siete segmentos. 6.2 Antecedentes 6.2.1 6.2.1
Defin Defin ició n de cont ador digi tal.
Un contador es un sistema secuencial con una entrada de pulsos, x (que puede ser la propia señal de reloj), y m salidas, zm-1, …, z0. Funciona de manera que, en respuesta a cada pulso de entrada, cambia el valor de las salidas, presentando cíclicamente una serie de configuraciones preestablecidas. Además un contador puede incluir señales de control (por ejemplo para situarlo en un estado prefijado, que se puede utilizar como estado inicial, o para decidir el sentido ascendente o descendente de la cuenta) y entradas para la carga en paralelo. El nombre de contadores se debe a que en muchos casos las configuraciones de las salidas no son más que una cuenta de los pulsos de entrada en una determinada base.
6.2.2 6.2.2
Clasificaci ón de los cont adores
Los contadores se dividen en dos grupos, los síncronos y los asíncronos. Contadores síncronos Un contador síncrono consta de una serie de Flip-Flops, todos ellos activados por la misma señal de reloj, de manera que todos cambian de estado simultáneamente. Las entradas de excitación de los FF son función de las salidas de los propios FF y, por tanto, un contador síncrono incluye una lógica combinacional para generar las entradas de excitación de los FF. •
• Contadores asíncronos Los contadores asíncronos o en cascada tienen en común el que la señal de entrada (los pulsos de entrada) actúan sólo sobre uno de los FF del circuito (primer FF), y sobre los restantes actúan las salidas de otros FF del circuito. Además, la lógica combinacional en un contador asíncrono suele ser muy reducida, si es que incluye alguna.
6.2.3 6.2.3
Diseño de un con tador síncro no
El proceso de diseño de un circuito síncrono secuencial se puede resumir en los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5.
Se obtiene la especificación del circuito buscado. Esto se hace mediante un grafo representativo. Se derivan los estados para la máquina seleccionando primero un estado inicial. Se elabora una tabla de estado a partir del diagrama de estado. Minimizar el número de estados. “ Este paso es opcional ”. Se decide el número de variables de estado necesarias para representar todos los estados y realizar la asignación de éstos. 6. Se elige el tipo de Flip-flops que van a usarse en el circuito. 7. Se implementa el circuito según lo indiquen las expresiones lógicas
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6.2.4
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Práctica 6
Ejemplo
Diseñe un contador que realice la siguiente secuencia 00 −01 −11 −10 −00 −01 −
…
.
Como indica el paso 1, primero se obtiene la especificación del circuito mediante un grafo que realice la secuencia de conteo indicada en el enunciado. La figura 6.1 muestra el grafo de estados En el segundo paso se asignan los estados, empezando por definir el estado inicial. La figura 6.2 muestra el grafo del contador de dos bits. El estado S0 corresponde al inicio de la cuenta en 00, por consiguiente los estados sucesivos son S1 para 01, S2 para 11 y el estado final es S3 que corresponde a 10 y se repite la cuenta. S0 00
00
10
S3 10
01
S1 01
S2 11
11 Figura 6.1 Grafo representativo para generar la secuencia de conteo 00 − 01 − 11 −10 − 00 − 01 − .
Figura 6.2 Asign ación de estados.
…
El tercer paso consiste en elaborar una tabla de estados. Esta tabla de estados se elabora a partir del grafo de la figura 6.2. La tabla queda como sigue: Tabla 6.1 Tabla de estados simp lific ada del contador d el ejemplo 6.2.4.
Estado presente
S0 S1 S2 S3
00 01 11 10
Estado siguiente
S1 S2 S3 S0
01 11 10 00
La tabla de estados correspondientes al grafo de la figura 6.2 es muy pequeña, por lo tanto, el cuarto paso no aplica. En el quinto paso se definen las variables. En este caso el número de variables de entrada es igual al número de variables de salida y se muestran en la Tabla 6.2 Tabla 6.2 Asignació n de variables para el contador del ejemplo 6.2.4.
Estado presente a b
S0 S1 S2 S3
0 0 1 1
0 1 1 0
Estado siguiente a+1 b +1
S1 S2 S3 S0
0 1 1 0
1 1 0 0
Para este ejemplo se utilizarán FF tipo D. Con esto se cubre el quinto paso y la tabla de asignaciones es la siguiente.
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Práctica 6
Tabla 6.3 Tabla de estados más selección de los FF tipo D
Estado presente a b Q1 Q2
S0 S1 S2 S3
0 0 1 1
0 1 1 0
Estado siguiente a+1 b +1 D1 D2
S1 S2 S3 S0
0 1 1 0
1 1 0 0
Para conocer las expresiones de excitación para los FF tipo D. De la tabla se puede ver que son dos mapas de Karnaugh de dos variables.
b
a
Por lo tanto D1 = Q2
Por lo tanto D2
a)
= Q1
b)
Figura 6.2 Deducción d e las funcion es de excitación para el contador del ejemplo 6.2.4. a) Mapa K para obtener la expresión para D1, b) Mapa K para obtener l a expresión p ara D2.
Finalmente la implementación utilizando el CI 74LS74 es la siguiente
C L R
Q
F F 1
D S E T
Q
7 4 L S 7 4
C L R
Q
F F 2
D S E T
Q
Figura 6.3 Circuito contador de la secuencia 00 − 01 − 11 − 10 − 00 − 01 − Utilizando el FF tipo D 74LS74.
6.3 Desarroll o de la prácti ca • Diseñe el mismo contador del ejemplo 6.2.4, pero ahora utilice FF JK. • •
Simule el contador BCD en el programa Circuitmaker y Workbench. Arme el multivibrador astable 555 (visto en la práctica anterior).
…
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Práctica 6
Implemente el contador y agregue un decodificador BCD a 7 segmentos para exhibir la cuenta en un display de 7 segmentos. Incorpore a su salida del contador BCD un decodificador de 7 segmentos y su display correspondiente. Anote sus conclusiones y responda el cuestionario. NOTA: Recuerde energizar y aterrizar adecuadamente su circuito.
6.4 Material y equipo Material
Cantidad 1 2 2 3 1 1 1 2 1 1 1 2 3
Elemento Fuente de 5V de CD Tablilla de conexiones Interruptores DIP Diodo Emisor de Luz Resistencia de 470 Ω Potenciómetro de 1M Ω Capacitor de 100 μF a 50V Capacitores de 0.47 μFa 50V 555 74LS48 Display 74LS73 Resistencias 1KΩ
Descripción Fuente de alimentación Para circuitos integrados 4 entradas de cambio deslizable Estándar Para la construcción del multivibrador astable 555 Para la construcción del multivibrador astable 555 Para la construcción del multivibrador astable 555 Para la construcción del multivibrador astable 555 Multivibrador Decodificador salidas altas de siete segmentos Ánodo común Circuito integrado FF J-K Para protección contra circuito corto
Equipo
Cantidad 1
Elemento Unidad de cómputo
Descripción Equipada con el programa CircuitMaker y/o Electronic Workbench
6.5 Conclus iones 6.6 Cuestio nario
1. Elabore una investigación referente a los siguientes incisos: a) Contadores de rizo o rizado. b) Contador de anillo c) Contador Johnson d) Operación del CI (circuito contador) 74LS193. 2. Diseñe un contador que siga la siguiente secuencia: a. Cuando la entrada x=0 el circuito realizará la secuencia 000 − 010 − 100 − 110 − 000 − 010 − b. Cuando la entrada x=1 el circuito realizará la misma secuencia, pero invertida.
NOTA : por simplicidad utilice el FF tipo D y la simulación ejecútela con una frecuencia de reloj de
80Hz para que logre ver y hacer los cambios. Anexar la investigación, el diseño y la simulación solicitada.
