UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO “Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional”.
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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA CURSO: Electrónica Digital II TEMA: CONTADOR SINCRONICO DOCENTE: Hurtado Butrón, Fernando Javier.
INTEGRANTES: Carmona Escamilo, Jesús. Saavedra Paredes, Renato Rondo Cuevas, José Luis Julca Aparicio, Jean Mendoza Marcelo, Miguel Trujillo – Perú
2018
1. OBJETIVOS Ensamblar el circuito contador planteado. Analizar el comportamiento del circuito al variar la frecuencia del clock ( Generador de señales) 2. MODELO TEÓRICO CONTADORES SINCRONOS
En los contadores síncronos las entradas de reloj de todos los flip flops se conectan juntas a un reloj común. De esta manera todos los FF cambian de estado simultáneamente (en paralelo). A diferencia de su contraparte el contador de rizo, el contador síncrono o "Paralelo" lleva una conexión un tanto diferentes sobre los FF, esto puede aumentar su complejidad, pero es la única manera de obtener el menor retraso posible para operar de manera confiable y alcanzar mayores velocidades de conteo. En los contadores paralelos, todos los FF cambian al mismo tiempo, lo que reduce la propagación a un solo valor (el tiempo que tarda en cambiar de estado un solo FF).
ILUSTRACIÓN 1 – CONTADOR SÍNCRONO DE 4 BITS Al comparar el circuito síncrono y el asíncrono, podremos observar diferencias muy marcadas:
En este circuito, todas las entradas de reloj (CP) están conectadas a un mismo punto, logrando así que la señal de reloj sea la misma para todos los FF del contador. 1
Únicamente el primer BIT (FF) tiene sus entradas "J-K" conectadas a V+, y por consiguiente, será el único que se complemente (Toggle) libremente, los demás dependen de una combinación en las salidas para poder complementarse. Es primordial el uso de otro tipo de circuitos digitales además de los FF, en este caso, un par de compuertas AND, una de dos entradas y una de tres entradas.
VENTAJAS DE LOS CONTADORES SÍNCRONOS
La principal ventaja de este tipo de contadores sobre los asíncronos radica en que todos los FF sin importar cuántos sean, cambian al mismo tiempo, sincronizados por la señal de reloj. Una ventaja derivada de la primera es que el tiempo de propagación se reduce al mínimo, ya que el conteo sólo debe propagarse por una o dos compuertas y un FF (Ya que cambian al mismo tiempo, y no dependen de otro FF para operar). Por lo que el retardo de estos contadores va a ser mucho menor al de un contador asíncrono con el mismo número de FF (BITS).
FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO CONTADOR SÍNCRONO Observemos por un momento la secuencia de conteo de este circuito:
ILUSTRACIÓN 2 Como podemos observar en la gráfica anterior, el primer BIT siempre cambia de estado con cada pulso de reloj, el segundo cambia cada dos, el tercero cada cuatro, y el cuarto cada ocho. 2
En los contadores asíncronos, este efecto es automático y no hay que preocuparse por él, pero en el caso de los contadores síncronos, tenemos que forzar a cada FF a complementarse de manera precisa y controlada Para que este cambio se lleve a cabo, se utilizan las dos compuertas, tomemos como ejemplo la compuerta de dos entradas, solamente cuando sus dos entradas se encuentren en el estado alto (BIT 1 = 1 y BIT 2 =1), la salida será alta, y por lo tanto "J-K" del tercer FF también, al llegar el pulso del reloj, este podrá complementarse. Y en el caso de la compuerta de tres entradas el caso es idéntico, solamente cuando sus tres entradas sean altas, su salida será alta, y el cuarto FF podrá cambiar. En otras palabras, EL FF 1 se complementa sin ayuda alguna, ya que sus entradas "J-K" le permiten hacerlo libremente, el segundo FF depende de la salida del primero, el tercero depende de de los dos primeros, el cuarto de los tres primeros, y así sucesivamente si le seguimos colocando más BITS (FF) al contador. Los cambios en las entradas de las compuertas suceden con cada pulso del reloj, de manera que mientras la transición correcta llega, los FF que deban complementarse ya están "preparados" y responden inmediatamente a la señal de reloj.
TIPOS DE CONTADORES: 1. Contador de anillo Un tipo de contadores que funcionan de manera especial son los llamados "Registros de corrimiento", el contador de anillo o "registro de corrimiento circulante" es el más sencillo de ellos.
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Este nombre se toma de la manera en la que está conectado el circuito contador, Cada FF transfiere el estado presente en su entrada al siguiente FF con cada pulso de la entrada de reloj, y el último FF regresa ese estado al primero, cerrando así el "Anillo".
ILUSTRACIÓN 4 –CONTADOR DE ANILLO BÀSICO
ILUSTRACIÓN 3
La siguiente tabla nos muestra la secuencia que siguen los datos al pasar por lo FF, esto suponiendo que el estado de cuenta inicial fuera de: Q3 = 1, Q2=0, Q1=0, y Q0=0. El número MOD de un contador de anillo puede ser tan grande como lo necesitemos, sólo se necesita agregar más FF al anillo. Aunque su uso es menos eficaz que el de los contadores normales, esta configuración sigue vigente gracias a que no es necesaria la decodificación de las salidas (Como sucede con los contadores asíncronos y síncronos), la salida decodificada es obtenida directamente de la salida del FF que deseemos.
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2. El contador Johnson Haciendo una pequeña modificación al contador de anillo básico, podemos crear otro tipo de contador de anillo. El contador Johnson u de anillo trenzado. El circuito básico es en esencia el mismo, el único cambio que necesitamos hacer es en la salida del último FF (la que cierra el anillo con la entrada del primer FF). En vez de utilizar la salida "normal" para enviarla a la entrada del prime FF, se toma la salida Negada.
ILUSTRACIÓN 5
ILUSTRACIÓN 6 Como podemos observar en la secuencia, el número MOD de un contador tipo Johnson siempre será el doble de los FF que lo conformen. 5
Este tipo de contadores está limitado a un número MOD que siempre será PAR.
3. Contadores síncronos (paralelos) integrados en un chip Para evitar lo complejo y obsoleto de los contadores discretos (Circuitos con FF y compuertas lógicas), se utilizan los contadores integrados en un solo chip, en el mercado se puede conseguir una amplia gama de modelos con diferentes características, como Números MOD, entradas de preestablecimiento, etc.
ILUSTRACIÓN 7 –D ATA SHEET 74LS193
3. INSTRUMENTOS Y MATERIALES: Tabla 1. Instrumentos y materiales utilizados en la práctica de laboratorio.
Instrumentos y
Descripción
Precisión
Materiales Multímetro
Multímetro digital Prasek PR 88
M. Digital: DC voltaje:
±
(0.5%+2) Corriente: ± (1%+2)
Resistencias
4 Resistencia de 330Ω
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Cables de conexión
Punta -cocodrilo, Punta-
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punta. Alicates
De corte y de sujeción
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Protoboard
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--------
Diodo Led
4 diodo led
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Circuito Integrado
(2) 7473
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(1) 7408
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Generador de ondas
Generador de ondas
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cuadradas Osciloscopio Digital
Instrumento de visualización
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electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo
4. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL 4.1. EXPERIMENTO N°1: 4.1.1. En primera instancia, se procedió a implementar el circuito planteado en clase de laboratorio que consistía en un contador sincrónico, usando circuitos integrados, resistencias, diodos Led, Generador de ondas y un osciloscopio digital. con la finalidad de poner observar las señales de salida en el osciloscopio digital. Observando los cambios de estados de los flip-flop. 4.1.2. Luego realizamos las conexiones pertinentes, del circuito en el Protoboard, los circuitos integrados 7473 y 7408, las 4 resistencias de 330 Ω y los 4 Diodos led. Una vez terminada la implementación del circuito conectamos el Generador de ondas cuadradas al circuito implementado. Para luego verificar que no haya ningún problema con el circuito. 4.1.3. Se dio inicio a la observación del cambio de estado de los flip-flop en este primer experimento. 4.1.4. En seguida se procedió a variar la frecuencia del generador de onda para hacer que el cambo de estado sea más lento y podamos observarlo mejor. 4.1.5. Finalmente se procedió a continuar con sus corres pondientes análisis.
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ILUSTRACIÓN 9
ILUSTRACIÓN 8
5. DISCUSION
Para poder lograr que la implementación de los cir cuitos para cada experimento sea la adecuada es importante conocer el comportamiento de la compuerta lógica respectivamente usada, así como también, conocer el funcionamiento del flip flop tipo J-K, es decir, debemos saber los diversos estados que se pueden lograr a partir de diferentes entradas para dicho flip flop, además de llevar un orden antes, durante y después de hacer el montaje del circuito. Así como también se debe saber cómo funciona un como funciona un contador asíncrono BCD. Al momento de montar los componentes se debe estar se guro de que se siguió el diagrama correctamente, pues estos circuitos integrados son muy delicados y podemos llegar a quemar alguno.
6. CONCLUSIONES
Se implemento circuito con los flip flop tipo J-K según el esquema mostrado en el esquema de la práctica de laboratorio. Se comprobó las salidas Q para todos los flip flops tipo J-K. Se ha construido tablas que podemos obtener con el circuito ensamblado (variando la señal que llega a las entradas) y analizar su respectivo comportamiento. Se verifico los datos experimentales obtenidos, con los datos teóricos obtenidos. Se verifico que cuente correctamente en BCD,
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7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1]T. Floyd, Fundamentos de sistemas digitales, 9th ed. Pearson Educación de México, S.A. de C.V., 2011. [2]Libro Electrónica Básica, Suares Espinas, Ediccion 1, 2009. [3]Análisis de Circuitos en Ingeniería, Willian Hayt, Editorial Mc Graw Hill, Edición séptima, 2007. [4]SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. Circuitos Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw HIll. Mexico 2006
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8. TRANSFERENCIA Diseñe un circuito contador BCD Síncrono con JK:
ILUSTRACIÓN 10 –SIMULACIÓN EN PROTEUS
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ILUSTRACIÓN 11 - SIMULACIÓN EN PROTEUS
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ILUSTRACIÓN 12- SIMULACIÓN EN PROTEUS Y así continua hasta llegar a nueve donde la cuenta se reinicia.
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