Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
INTRODUCCION:
En el presente laboratorio, se desarrolla el análisis funcional de los circuitos secuenciales desarrollados con los biestables (Latch y Flip Flops); que permiten obtener secuencias de estados binarios que al ser decodificados nos permiten obtener una sucesión de estados ascendente, descendente y/o desordenado (escalador) pero periódico, estableciendo el módulo del contador, permitiendo además e stablecer funciones de almacenamiento de pulsos recibidos por el sistema digital (proceso de conteo) y relacionar con la temporización de eventos del sistema digital de lógica cableada. OBJETIVOS GENERALES:
Analizar e Implementar diversos circuitos secuenciales asíncronos y síncronos, relacionados con la generación de estados ascendentes, descendentes y/o escaladores; implementados con los Flips Flops. La visualización del funcionamiento de cada una de los circuitos de contadores son implementados utilizando dispositivos display y/o diodos leds en las salidas. Implementar circuitos básicos con IC TTL y CMOS. Adquirir destreza para el montaje y cableado de circuitos digitales en el prothoboard y/o en circuito impreso. Que el estudiante aprenda utilizar los principios básicos para el análisis de circuitos digitales secuenciales mediante simuladores y que tenga la capacidad de realizar la detección de fallos, corregirlos y comprobar su buen funcionamiento.
RESUMEN:
El experimento consta de circuitos secuenciales que desarrollan las funciones de contadores, por lo que se debe atender especial atención de su análisis, funcionamiento, operación de los circuitos y los resultados obtenidos (respuesta de funcionamiento del circuito, diagramas de tiempo). Por lo que se recomienda efectuar las consultas previas en los apuntes de clases, manuales técnicos adecuados en relación a los dispositivos a emplear y los circuitos digitales a implementar. Por último se implementa el circuito con los circuitos integrados realizando conjuntamente pruebas individuales de su funcionamiento y al terminar dicho proceso se procede a hacer las verificaciones y desarrollo de las tablas de estados y construir los diagramas de tiempo. MARCO TEORICO:
La teoría desarrollada en clases.
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica LISTADO DE MATERIALES:
Circuitos Integrados IC 555, TTL: 74LS76, 74LS74, 74LS00, 74LS02, 74LS04. Prothoboard y pulsador. Cables de conexión. Manuales técnicos. Resistencias de diversos valores (100Kohm, 120 Kohm) Diodos LED´s. Condensadores de diversos valores: 0.1 uF, 4.7uF, 10uF . IMPLEMENTACION:
1) Implementar el contador asíncrono “UP” modulo 16 mostrado en la Figura 1. Analice su funcionamiento, desarrolle la Tabla de estados y construir el diagrama de tiempo; (Sugerencia Usar IC 74LS76)
Figura 1 Contador asíncrono “UP” módulo 16
Funcionamiento con IC 74LS76: Este contador se encuentra constituido por flip-flop JK en modo de conmutación al mantener presente en las entradas J y K un 1 lógico y conectados entre sí de forma asíncrona, es decir, que la salida del flip-flop 1 está conectada de forma directa a la entrada de reloj del siguiente flip-flop 2 . Los indicadores de salida dan una señal binaria, donde el indicador Q1 es el LSB (Bit Menos Significativo), el indicador (Q4) es el MSB (Bit Más Significativo). El circulito en la entrada de reloj (CLK) de los flip-flops (IC 74LS76), nos indica que trabajan o conmutan con lógica negativa, es decir, que se activan en la transición de ALTA a BAJA (flanco posterior) del pulso de reloj y la salida del flip-flop 1 (Q1) va del nivel BAJO al ALTO dando como resultado la cuenta binaria 0001. En el pulso 2, en la transición del nivel ALTO a BAJO, flip-flop 1 se desactiva pasando su salida del nivel ALTO a BAJO, activando el flipflop 2, conmutando la salida del nivel BAJO a ALTO generando la cuenta 0010, en el pulso 3 del reloj se activa flip-flop 1 generando la salida 0011, porque flip-flop 2 se encuentra en mantenimiento teniendo su salida (Q2) activada, en el siguiente pulso se incrementa la cuenta a 0100, según se observa en el diagrama de tiempo de la figura 3. Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Estados
Q4
Q3
Q2
Q1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
10
1
0
1
0
11
1
0
1
1
12
1
1
0
0
13
1
1
0
1
14
1
1
1
0
15
1
1
1
1
Figura 2 Tabla de estados
Figura 3 Diagrama de tiempo 2) Al circuito contador asíncrono “UP” modulo 16 de la Figura 1, modificar para que pueda realizar la función de: a) Contador “UP” modulo 13 b) Contador “UP” modulo 10 c) Contador “UP” modulo 7 Modificando el contador de módulo 16 con IC 74LS76 en proteus sería el siguiente circuito:
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Este circuito puede operar como un Contador “UP” modulo 7, Contador “UP” modulo 10 ó Contador “UP” modulo 13 solo debemos de seleccionar e n el DIP-SWITCH el modulo deseado.
3) Al circuito cont ador asíncrono “UP” de la Figura 1, configurar para que realice la función de divisor de frecuencia entre: a) Divisor entre 15 b) Divisor entre 12 c) Divisor entre 10 El contaje de pulsos se encuentra asociado directamente a la división de la frecuencia de los mismos: los biestables de un contador «completo» (módulo n potencia entera de 2) proporcionan en sus salidas ondas digitales cuyas frecuencias son, respectivamente, la mitad (1/2), la cuarta parte (1/4), la octava parte (1/8),… (1/2i)…, de la frecuencia de los pulsos de entrada. En el caso de un contador «parcial» (módulo n, siendo n un número cualquiera), tomando como salida la de su biestable de valor más significativo, se obtiene la división por n de la frecuencia de los pulsos que recibe, es decir, produce un pulso en su salida por cada n pulsos en su entrada. En el siguiente circuito se ha configurado la figura 1 para obtener divisores de frecuencias de 10, 12 y 15 según se seleccione en el DIP-SWITCH. Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
4) Implementar el circuito contador síncrono, cuyo diagrama se muestra en la Figura 2, analice su funcionamiento, desarrolle su tabla de estados y graficar el diagrama de tiempos de Qn, Q2n, Q3n y Q4n. (Considere Qn: LSB Q4n: MSB) Para su implementación utilice IC 74LS76.
Figura 2. Circuito contador síncrono.
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
De la figura podemos encontrar las r elaciones entre las salidas Q presentes y las entr adas J y K de cada uno de los FF usados: J1= +
;
K1=Q4 +
J2= ( + )
;
K2=(Q4+Q3)
J3=Q1+
;
K3=Q2+ Q3
J4= +
;
K4= +
Tabla de estados: Estados
Q4
Q3
Q2
Q1
0
0
0
0
0
15
1
1
1
1
10
1
0
1
0
5
0
1
0
1
13
1
1
0
1
4
0
1
0
0
11
1
0
1
1
6
0
1
1
0
1
0
0
0
1
12
1
1
0
0
0 0 0 0 0 Tiene 10 estados y se trata de un contador escalador
5) Implementar un circuito contador síncrono UP/DOWN módulo 10, utilizando el diseño del informe previo del presente laboratorio. Utilice Flip Flops JK.
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
6) Implementar el circuito de un contador síncrono, descrito por las funciones Lógicas de los Flip Flops; analice su funcionamiento, desarrolle su tabla de estados y su diagrama de tiempos. (Para su implementación. Sugerencia Utilice IC 74LS76). Considere Q4n : MSB Qn : LSB. J4 = (Qn)´ + Q2n K4 = Qn +Q2n +Q3n J3 = (Qn)´ K3 = (Q4n)´ J2 = Qn (Q3n)´ + (Qn)´Q3n Q4n K2 = (Qn)´+ Q3n J1 = (Q2n)´ Q4n K1 = Q2n (Q3n)´+ (Q2n)´(Q4n)´ Implementación en proteus:
Tabla de estados: Estados Q4 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 12 1 1 0 0 7 0 1 1 1 9 1 0 0 1 3 0 0 1 1 12 1 0 1 0 4 0 1 0 0 8 1 0 0 0 13 1 1 0 1 5 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Tiene 10 estados y se trata de un contador escalador
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
1) Las tablas de verdad han sido utilizadas como herramientas para obtener conclusiones respecto al funcionamiento u operación de los circ uitos realizados. 2) Los sistemas digitales en la actualidad son muy empleados y para aplicaciones específicas es necesario realizar el diseño de estos circuitos, el procedimiento de diseño de los circuitos contadores son muy parecidos y empleando la misma lógica se puede extender a contadores de cualquier cantidad de bits. 3) Debemos de tener mucho cuidado al momento de la implementación en el prothoboard. BIBLIOGRAFIA:
1) 2) 3) 4) 5)
Alan Marcovitz B. Diseño Digital. 2ª edición Editorial Mc Graw Hill. Enrique Mandado. Sistemas Electrónicos Digitales. 7ª Edición. Biblioteca UDB. Morris Mano. Diseño Digital. 1ª Edición. Editorial Prentice Hall. Biblioteca UDB. John F. Wakerly. Diseño Digital, principios y prácticas. Editorial Prentice Hall. Louis Nashelsky. Fundamentos de tecnología digital. 1ª Edición. Noriega Editores, Limusa. 6) Ronald J. Tocci. Sistemas digitales, principios y aplicaciones . Biblioteca UDB.
Sistemas Digitales : 2013-B Ing. Utrilla Salazar Darío
