Universidad Mayor de San Andrés Ingeniería Electrónica SISTEMAS DIGITALES II LABORATORIO, ETN621L
Tema:
Integrantes: UNIV. CATACORA GRUNDY RAUL UNIV. ERGUETA CARVAJAL ARNY UNIV. URUCHI QUISPE NELSON Grupo:
G-15
Docente:
ING. LEON Fecha de entrega:
25 de septiembre de 2013 GENERADO R DE CARA CTERES Y REGISTRO DE DESPLA ZAMIENTO 1. OBJETIVO
Familiarizar al estudiante estudiante en el el manejo de flip-flop D y JK para registros registros de desplazamiento.
Familiarizar Familiari zar al estudiante en el manejo de memorias semiconductoras, en sus procesos de lectura y escritura.
2. FUNDAMENTO TEORICO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO a) REGISTRO Un registro de desplazamiento desplazamiento es un un circuito digital secuencial (es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consistente en una serie de biestables, de biestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada (Fig. 1), que basculan de forma sincrónica con la misma señal de reloj. Según las conexiones entre los biestables, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la información almacenada. Es de señalar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales, que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, además de bidireccionales permiten la carga en paralelo.
Tipos de registros de desplazamiento Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como:
Serie-Serie: Serie-Serie: sólo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización.
Paralelo-Serie : son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero sólo la salida del último. Normalmente también existe una entrada serie, que sólo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.
Serie-Paralelo : son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como el RS232.
Paralelo-Paralelo : tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para cálculos aritméticos. Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama así porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos. Otros registros de desplazamiento conocidos, fabricados también con la tecnología CMOS, son el 74HC165 (entrada paralelo, salida serie) y 74HC164 (entrada serie, salida paralelo). Aplicaciones Además de la conversión serie-paralelo y paralelo-serie, los registros de desplazamiento tienen otras aplicaciones típicas:
Generador
pseudoaleatorio.
Se
construye
con
un
registro
de
desplazamiento, realimentando a la entrada una combinación de varias salidas, normalmente un or exclusivo entre ellas.
Multiplicador
serie. Se realiza la multiplicación mediante sumas y
desplazamientos. Un ejemplo es el 74LS384.
Registro de aproximaciones sucesivas . Se usa en conversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el más significativo. Mediante un conversor DAC se compara la entrada analógica con los resultados parciales, generando el siguiente bit.
Retardo. Se pueden utilizar para retardar un bit un número entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits).
Formas de construir registros de desplazamiento
Registro de entrada paralelo y salida serie. Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deberá estar en modo de carrera libre.
Registro de entrada serie y salida paralelo. Similar al caso anterior, se sustituye el muliplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos.
Biestables en cascada. Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es más aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio (y el precio del integrado es muy asequible) y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y la funcionalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.
b)
MEMORIAS DE SEMICONDUCTORES
Desde 1972 el tipo de memoria universalmente empleada como memoria principal es
la
memoria
de
semidonductores.
Las
memorias
de
semiconductores almacenan la información en forma electrónica , mediante
circuitos simples, que pueden ser construidos automáticamente y en forma masiva con la cada vez más sofisticada tecnología de integración de gran escala.
Lamentablemente, éstas
memorias
son
volátiles.
Dado
que almacenan la información electrónicamente, al quitarse la alimentación la misma se pierde. Todas
las
memorias
que
se
considerarán
son
de direccionamiento
cableado y, por lo tanto, son de acceso aleatorio. Se puede establecer la siguiente clasificación:
De lectura y escritura o RAM
o
Estáticas (SRAM)
o
Dinámicas o con refresco (DRAM)
De sólo lectura ROM
3. REALICE LA JUSTIFICACION DE LAS MEJORAS Y MODIFICACIONES INTRODUCIDAS EN LOS CIRCUITOS ORIGINALES. En la práctica se obtuvo logro apreciar de manera exitosa el manejo de compuertas de la primera parte del laboratorio así también el uso de FF-T que se obtuvo cortocircuitando el FF-JK y de esta manera se trabajó en frecuencias bajas, pero bien sabemos que nuestra forma de trabajo en general se la realiza a frecuencias altas y es cuando la forma de la onda de salida de nuestra compuerta es de diferente manera como se muestra en la siguiente figura:
Observamos que la onda sufre una deformación es por eso que la forma de mejorar modificando dicho circuito es añadiendo un capacitor en la entrada de la compuerta AND para lograr una especie de retardo y modelar la forma de la onda. Por otra parte la segunda solución que el grupo propone es manejar de manera adecuada el manual de los TTL, para poder ver la máxima frecuencia de trabajo, ya que existen TTL que pueden trabajar a FRECUENCIAS ALTAS.
En la segunda parte del laboratorio se sugiere intercambiar el uso de la memoria RAM por una memoria EEPROM ya que esta memoria realiza la misma función que la RAM es decir el proceso de escritura y el de lectura a diferencia que en la memoria EEPROM esta es una memoria no volátil. Como podemos apreciar en el gráfico.
4. ANALOGIAS
DE
LOS
CIRCUITOS
ARMADOS
CON
OTROS
DISPOSITIVOS En el primer circuito armado en laboratorio se lo realizo con FF-T este tipo de FF puede ser utilizado también como un clock, la diferencia es que este clock es retardado y puede ayudarnos en los posteriores laboratorios.
En el segundo circuito armado en laboratorio se asemeja muchísimo a todas los paneles que muestran mensajes, números, tiempo, etc. Estos se los puede encontrar en los bancos, autos, cines, relojes, partidos de futbol. Pero a diferencia de estos generadores de caracteres, el realizado en laboratorio
fue con REGISTROS y UNA MEMORIA, y no asi en los otros que son realizados de manera más practica y se utiliza PIC´S.
5. DIAGRAMA DE TIEMPOS DE LECTURA Y ESCRITURA DEL CIRCUITO INTEGRADO DE LA MEMORIA UTILIZADA, CON UNA EXPLICACION COMPLETA DE LOS PARAMETROS QUE INTERVIENEN. Los siguientes diagramas de tiempos para el proceso de lectura y escritura se los obtuvo de la hoja de datos de la memoria EEPROM AT28C16. Para el proceso de LECTURA:
1. Como podemos observar CE y el OE se habilitan con un ‘0’, en la primera parte del diagrama de tiempos se observa claramente que estos se inician en ‘1’ lógico. 2. Al momento de introducir la dirección de lectura conmutamos el CE y el OE a ‘0’ lógico para iniciar la etapa de lectura. 3. Al terminar el tiempo (tACC) se logra transmitir a la salida los datos guardados en la memoria.
Para el proceso de ESCRITURA:
1. Para el proceso de lectura utilizaremos la forma de CE controlado. 2. Para esto conmutamos el OE de ‘0’ a ‘1’ para inhabilitar la salida y habilitar la entrada. 3. Introducimos la dirección en la que vamos a guardar la información (ADDRESS). 4. Conmutamos el WE de ‘1’ a ‘0’ para habilitar el proceso de escritura. 5. Para guardar la información tenemos que conmutar el CE de ‘1’ a ‘0’. 6. Se guarda los datos en el tiempo (tWC) en la dirección destinada. 7. Termina el proceso de escritura. 6. DIBUJAR LOS DIAGRAMAS DE TIEMPO DEL PUNTO 3.1. PROPONER UNA SOLUCION PARA LA DISTORSION QUE SE PRODUCE EN ALTA FRECUENCIA.
Para el FF-T ascendente
Para el FF-T descendente
El diagrama de tiempos es el siguiente
Para el FF-T ascendente en el punto A-C Frecuencia a 1 K [Hz]
Frecuencia a 100 K [Hz]
Frecuencia a 2 M [Hz]
Para el FF-T ascendente en el punto A-B Frecuencia a 1 K [Hz]
Frecuencia a 100 K [Hz]
Frecuencia a 2 M [Hz]
Para el FF-T descendente en el punto D-F
Frecuencia a 1 K [Hz]
Frecuencia a 100 K [Hz]
Frecuencia a 2 M [Hz]
Para el FF-T descendente en el punto E-F
Frecuencia a 1 K [Hz]
Frecuencia a 100 K [Hz]
Frecuencia a 2 M [Hz]
Como vemos en las gráficas obtenidas en laboratorio en el FF-T ascendente existe una gran deformación, mientras que en el FF-T descendente
no se aprecia gran
deformación por tanto se puede corregir esa deformación no tan apreciable con un capacitor, pero la mejor manera de arreglar la distorsión es trabajar con TTL que trabajan a frecuencias altas y de todas las anteriores la mejor solución es trabajar con tecnología CMOS. 7. EXPLICAR EL MODO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS FLIP-FLOP D, JK SINCRONO a) FLIP FLOP JK
Existen dos entradas adicionales en el biestable o flip flop JK muy importantes: - La entrada PRESET (poner), que sirve para poner directamente en el biestable un "1" en la salida Q y - La entrada CLEAR (borrar), que sirve para poner en "0" en la salida Q. Estas entradas son asincrónicas, lo que significa que tendrán efecto sin importar el estado del reloj y/o las entradas J y K. Es importante no activar simultáneamente estas dos entradas. Importante: Los biestable pueden "TENER o NO" una pequeña burbuja (esfera, bolita) en las entradas PRESET o CLEAR. - Cuando NO la tienen significa que la señal es activa cuando está en nivel ALTO. - Cuando SI la tienen significa que la señal es activa cuando está en nivel BAJO. El diagrama completo del biestable JK será como se muestra en el diagrama anterior.
Tabla de verdad del Flip Flop JK
De la tabla de verdad anterior se puede ver que las entradas CLEAR (CLR) y PRESET son activas en bajo (ver la pequeña esfera en estas entradas) y se imponen en la salida Q sin importar el estado del reloj y de las entradas J y K. (ver las entradas J, K y el reloj con una X) Para que las entradas J y K y el reloj sean funcionales, las entradas Clear y Preset deben de estar en nivel "alto" (no activas), entonces: - Memorizar : Con J = 0 y K = 0, hay un estado de memoria o retención (mantiene la salida que tenía antes de que las entradas hayan cambiado). - Reset: Con J = 0 y K = 1, se pode en Q un "0" y en Q un "1". - Set: Con J = 1 y K = 0, se pode en Q un "1" y en Q un "0". - Bascular : Con J = 1 y K = 1, el biestable bascula pasando de un nivel a otro ("0" a "1" o "1" a "0"). Lo anterior sólo tiene efecto en el momento en que el pulso de reloj está en el flanco descendente o posterior (ver la flecha en la columna "Reloj") b) FLIP FLOP TIPO D
La diferencia entre el flip-flop D y el biestable D es que el flip-flop copia la entrada D a la salida Q en el flanco del pulso de reloj, el biestable lo hace por nivel El flip-flop tipo D es un elemento de memoria que puede almacenar información en forma de un "1" o "0" lógicos. Este flip-flop tiene una entrada D y dos salidas Q y Q. También tiene una entrada de reloj, que en este caso, nos indica que es un FF disparado por el borde o flanco descendente (ver el triángulo y la pequeña esfera en la entrada en los diagramas inferiores). Si el flip flop se disparara por el borde ascendente sólo aparecería el triángulo (no hay la pequeña esfera). El flip-flop tipo D adicionalmente tiene dos entradas asincrónicas que permiten poner a la salida Q del flip-flop, una salida deseada sin importar la entrada D y el estado del reloj. Estas entradas son: - PRESET (poner) - CLEAR (Borrar) Es importante notar que estas son entradas activas en nivel bajo (ver la bolita o burbuja en la entrada) Ser activo en nivel bajo significa que: - Para poner un "1" en la salida Q se debe poner un "0" en la entrada PRESET - Para poner un "0" en la salida Q se debe poner un "0" en la entrada. 8. ENUMERE Y DESCRIBA LOS TIPOS DE MEMORIa a) MEMORIA RAM Concepto
RAM: Siglas de Random Access Memory, un tipo de memoria a la que se puede acceder de forma aleatoria; esto es, se puede acceder a cualquier byte de la memoria sin pasar por los bytes precedentes. RAM es el tipo más común de memoria en las computadoras y en otros dispositivos, tales como las impresoras. Hay dos tipos básicos de RAM:
DRAM (Dynamic RAM), RAM dinámica
SRAM (Static RAM), RAM estática
Los dos tipos difieren en la tecnología que usan para almacenar los datos. La RAM dinámica necesita ser refrescada cientos de veces por
segundo,
mientras
que
la
RAM estática no
necesita
ser
refrescada tan frecuentemente, lo que la hace más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos son volátiles, lo que significa que pueden perder su contenido cuando se desconecta la alimentación. En el lenguaje común, el término RAM es sinónimo de memoria principal,
la
memoria
disponible
para programas.
En
contraste, ROM (Read Only Memory) se refiere a la memoria especial generalmente usada para almacenar programas que realizan tareas de arranque de la máquina y de diagnósticos. La mayoría de los computadores
personales
tienen
una
pequeña
cantidad
de ROM (algunos Kbytes). De hecho, ambos tipos de memoria ( ROM y RAM )permiten acceso aleatorio. Sin embargo, para ser precisos, hay
que
referirse
a
la memoria
RAM como
memoria
de lectura y escritura, y a la memoria ROM como memoria de solo lectura. Se habla de RAM como memoria volátil, mientras que RO M es memoria no-volátil. La mayoría de los computadores personales contienen una pequeña cantidad de ROM que almacena programas críticos tales como aquellos que permiten arrancar la máquina (BIOS CMOS). Además, las ROMs son usadas de forma generalizada en calculadoras
y dispositivos periféricos tales como impresoras laser, cuyas 'fonts' estan almacenadas en ROMs.
TIPOS DE MEMORIA RAM 1) DRAM (Dynamic RAM) 2) VRAM (Vídeo RAM) 3) SRAM (Static RAM) 4) FPM (Fast Page Mode) 5) EDO (Extended Data Output) 6) BEDO (Burst EDO) 7) SDRAM (Synchronous DRAM) 8) DDR SDRAM ó SDRAM II (Double Data Rate SDRAM) 9) PB SRAM (Pipeline Burst SRAM) 10) RAMBUS 11) ENCAPSULADOS 12) SIMM (Single In line Memory Module) 13) DIMM (Dual In line Memory Module) 14) DIP (Dual In line Package) 15) Memoria Caché ó RAM Caché 16) RAM Disk b ) MEMORIA ROM
Concepto ROM, por las siglas de Read Only Memory , en castellano Memoria de Sólo Lectura. Se trata de una memoria que usan los equipos electrónicos, como es el caso de las computadoras. Aquella información que se almacene en esta memoria no puede ser modificada por el propio usuario, de allí su nombre. Existen los siguientes tipos de memoria ROM: 1) PROM: por las siglas de Programmable Read Only memory, en castellano ROM programable, se caracteriza por ser digital. En ella,
cada uno de los bits depende de un fusible, el cual puede ser quemado una única vez. Esto ocasiona que, a través de un programador PROM, puedan ser programadas por única vez. La memoria PROM es utilizada en casos en que los datos necesiten cambiarse en todos o la mayoría de los casos. También se recurre a ella cuando aquellos datos que quieran almacenarse fe forma permanente no superen a los de la ROM. 2) EPROM: por las siglas en inglés de Erasable Programmable ReadOnly Memory, en castellano, ROM programable borrable de sólo lectura. Esta memoria ROM es un chip no volátil y está conformada por transistores de puertas flotantes o celdas FAMOS que salen de fábrica sin carga alguna. Esta memoria puede programarse a través de un dispositivo electrónico cuyos voltajes superan a los usados en circuitos electrónicos. A partir de esto, las celdas comienzan a leerse como 1, previo a esto se lo hace como 0. Esta memoria puede ser borrada sólo si se la expone a luces ultravioletas. Una vez que la EPROM es programada, se vuelve no volátil, o sea que los datos almacenados permanecen allí de forma indefinida. A pesar de esto, puede ser borrada y reprogramada con la utilización de elevados niveles de voltaje. Si bien actualmente siguen siendo utilizadas, presentan algunas desventajas, entre ellas que el proceso de borrado del chip es siempre total, es decir que no se puede seleccionar alguna dirección en particular. Por otro lado, para reprogramarlas o borrarlas, deben removerse de su circuito y este proceso lleva por lo menos veinte minutos. Estas desventajas han sido superadas por memorias flash y EEPROM, por lo que las EPROM están cayendo en desuso en ciertos diseños y aplicaciones. 3) EEPROM: por las siglas en inglés de Electrically Erasable Programmable
Read
Only
Memory,
en
castellano
ROM
programable y borrable eléctricamente. Esta memoria, como su nombre indica puede ser programada, borrada y reprogramada eléctricamente y no con rayos ultravioleta, como en el caso de las
EPROM, lo que hace que resulten no volátiles. Además de tener las puertas flotantes, como las anteriores, cuenta con una capa de óxido ubicado en el drenaje de la celda MOSFET, lo que permite que la memoria pueda borrarse eléctricamente. Como para realizar esto
no
se
precisan
programadores
especiales
ni
rayos
ultravioletas, se puede hacer en el propio circuito. Además presenta la posibilidad de reescribir y borrar bytes individualmente, y son más fáciles y veloces de reprogramar que las anteriores. Las desventajas que presenta en comparación a las anteriores son la densidad y sus costos altos.
9. CONCLUSIONES
Se logró un manejo exitoso de los FF-D y los FF-JK como registros de desplazamiento de izquierda a derecha conjuntamente con la memoria en la cual se guardó en 37 direcciones diferentes combinaciones que formaban la palabra CRISTIAN con una matriz hecha por el grupo de 5 por 5.
Utilizamos una memoria no volátil de escritura y lectura, una memoria EEPROM 28C16 ATMEL, con ayuda de la hoja técnica se obtuvo una grabación y lectura exitosa para la demostración de los caracteres grabados.
Utilizamos contadores para leer los datos guardados en la memoria EEPROM y una compuerta AND que reiniciaba la generación de caracteres en la dirección 38.
Observamos que la función de salida es distorsionada a grandes frecuencias y que para evitar este acontecimiento es mejor trabajar con TTL que trabajen a grandes
frecuencias, la inclusión de un capacitor y trabajar con tecnología CMOS que es la respuesta mas satisfactoria.
