ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA, TELECOMUNICACIONES Y REDES DE INFORMACION ✔
INFORME
TRABAJO PREPARATORIO
Sistemas Digitales
✔
Sistemas Analógicos Digitales
Práctica #: 11 Tema: DISEÑO DE REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO Realizado por: Alumno (s):
Christian Rueda
Grupo:
GR10
Patricio Vaca
(Espacio Reservado) Fecha de entrega: 2018 / 02 / 06 año
mes
f. ______________________
día
Recibido por:
Sanción:
________________________________________________ Semestre:
OCT - MAR ABR - SEP
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2017
1
DISEÑO DE REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO Christian Rueda, Patricio Vaca. Laboratori o de Sistemas Digitales, D epartamento de Electrónica, Telecomunicaciones y Redes de I nformación E scuela Politécnica Nacional Quito, E cuador
[email protected] [email protected]
Resumen-. El presente documento tiene como objetivo mostrar la importancia del diseño y aplicación del registro de desplazamiento. Este tipo de circuitos secuenciales. Los Flip-Flops empleados deben ser del tipo de disparo de borde o maestro-esclavo y no responder al tiempo del pulso de la señal de sincronización empleada. En general se pueden crear configuraciones de registros con cargas en paralelo o serie, donde la palabra carga se refiere a la transferencia de información a un nuevo registro. El registro analizado es uno capaz de desplazar la información binaria hacia la izquierda o hacia la derecha, por lo cual son conocidos como registros de corrimiento.
I. A.
INFORME Consultar las características de los contadores en anillo y los contadores Jhonson.
Contadores en anillo Registro de desplazamiento cuya salida se conecta a la entrada. Es usual su implementación con Flip-Flops con pines de PRESET y CLEAR, en una configuración en cascada y regulados de forma sincrónica. De esta manera se puede considerar a un contador en anillo como un contador síncrono.
F ig. 1. Esquema de un contador en anillo de 4 bits.
Funciona pasándose un solo bit de Flip-Flop a Flip-Flop. Por lo que, en cualquier instante del ciclo de conteo, sólo un Flip-Flop tiene su
salida Q=1. Esto hace que el contador en anillo sea el más fácil de decodificar. Incluso, sabiendo que el Flip-Flop está en 1, sabemos cuál es el estado en que se encuentra el contador. Tabla 1. Tabla de estados de un contador en anillo de 4 bits.
El contador en anillo es una configuración simple, con la desventaja que se emplean Flip-Flops para nada óptima. Pues n estados son posibles de codificar con n multivibradores biestables. Contadores Jhonson El contador Johnson o contador conmutado en cola es una variación del contador en anillo que duplica el número de estados codificados, sin sacrificar su velocidad. Lo que si complica algo es la decodificación del estado.
F ig. 2. Esquema de un contador en Johnson de 4 bits.
La diferencia con un contador en anillo es que ahora, en lugar de conectar 3 a 0, y ̅3 a 0 conectamos ̅3 a 0 y 3 a 0 . Esto provoca que el biestable 3 cambie los ceros que le llegan por unos y viceversa. Una ventaja del contador Johnson respecto del contador en anillo es que no es necesario utilizar las entradas asíncronas para inicializar el contador (siempre y cuando, el estado inicial por defecto sea el 0000 2). 2
Tabla 2. Tabla de estados y lógica de decodificación de un contador Johnson de 4 bits.
F ig. 3. Sumador serial .
Al comparar el sumador serial con el sumador paralelo, se observan las siguientes diferencias. - El sumador paralelo debe usar registros con capacidad de carga en paralelo, en tanto que el sumador serial utiliza registros de corrimiento. - El número de circuitos sumadores completos en el sumador paralelo es igual al número de bits en los números binarios, en tanto que el sumador serial requiere sólo un circuito sumador completo y un Flip-Flop de acarreo. - Excluyendo los registros, el sumador paralelo es un circuito combinacional puro, en tanto que el sumador serial es un circuito secuencial. - El circuito secuencial en el sumador serial consta de un circuito sumador completo y un Flip-Flop que almacena la salida de acarreo.
Con n Flip-Flops, un contador Johnson es codifica 2n estados B.
Utilizando Flip-Flops y circuitos MSI, diseñar un registro de desplazamiento bidireccional (izquierda derecha) de 4 bits. Presentar para su solución el diagrama de Bloques, el diagrama esquemático y su simulación.
C. Consultar acerca de la suma serial y definir la utilidad de los registros de desplazamiento dentro de este caso.
Las operaciones en las computadoras digitales se hacen principalmente en paralelo debido a que es el modo de operación más rápido. Las operaciones seriales son lentas pero requieren menos equipo . Los dos números binarios que van a sumarse en forma serial se almacenan en dos registros de corrimiento. Se añaden bits en un par a la vez, en forma secuencial, a través de un circuito sumador completo.
D. Diseñar un circuito que permita multiplicar dos números de cuatro bits, utilizando sumas y registros de desplazamiento (máximo utilizar 2 sumadores en el diseño).
Para realizar la multiplicación de dos números binarios de 4 bits, A y B, se ha seguido el algoritmo de sumas y desplazamientos a la derecha .
El acarreo de salida del sumador completo se transfiere a un Flip-Flop D. La salida de este se usa entonces como un acarreo de entrada para el siguiente par de bits significativos. Los dos registros de corrimiento se corren a la derecha por el periodo de un tiempo de palabra. Los bits suma de la salida S del sumador completo pueden transferirse a un tercer registro con corrimiento. Por el corrimiento de la suma a A mientras los bits de A se corren saliendo, es posible utilizar un registro para almacenar tanto los bits de adendo como los de sumando. La entrada serial (SI) del registro B es capaz de recibir un nuevo número binario mientras los bits sumando se corren hacia afuera durante la adición. Fig.
4. Algoritmo desplazamiento
de
multiplicación
por
suma
y
3
Conversión Serie-Paralelo La conversión serie paralelo se efectúa mediante la ayuda de un registro de desplazamiento (SR) tal como se muestra en la Fig. 3. El SR a su vez posee una entrada de CLOCK sincrónico con la señal de datos que permite que los datos evolucionen en las etapas del SR.
F ig. 6. Conversión Serie-Paralelo
F ig. 5. Multiplicador Secuencial de 4x4 bits
E. Investigar acerca de los convertidores serie-
Después de una serie determinada de ciclos de CLOCK, 8 en nuestro caso, un conjunto de registros leen los valores de los bits internos del SR, guardan el estado y presentan la información de manera paralela.
paralelo y paralelo-serie.
La transmisión de datos serie de un sistema digital a otro se usa comúnmente para reducir el número de conductores de la línea de transmisión. Por ejemplo, se pueden enviar en serie ocho bits por un único conductor, los cuales precisarían ocho conductores para transmitirse en paralelo. A los Registros de desplazamiento se los puede usar como convertidores. Existen cuatro tipos de convertidores: Entrada Serial-Salida Serial [SI-SO].
Entrada Serial-Salida Paralelo [SIPO].
Entrada Paralela-Salida Serial [PI-SO].
Entrada Paralela-Salida Paralela [PI-PO].
F ig. 7. Diagrama lógico simplificado de un convertidor serie-paralelo.
La conversión de datos paralelo-serie se puede realizar invirtiendo el proceso que se acaba de establecer.
4
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Los contadores en anillo no necesitan compuertas lógicas añadidas, ni para construir el siguiente estado, ni para decodificar el estado, por lo que su implementación es la más sencilla.
Patricio Vaca.
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III. -
F ig. 8. Diagrama de tiempos que ilustra el funcionamiento del convertidor de datos serie-paralelo
Sin embargo, puesto que se deben generar los datos en serie, es preciso considerar otros requisitos adicionales. Conversión Paralelo-Serie En este caso los datos se introducen de manera paralela al SR como se muestra en la Fig. 5. Para que esto sea posible, cada etapa debe poseer un control para efectuar la precarga de la información en cada bit. Para presentar los datos en la salida, una señal de clock debe ser suministrada al SR permitiendo así que los datos circulen por los FF y finalmente sean presentados de manera serial y sincrónica con el clock suministrado.
IV.
En el contador Jhonson la decodificación se complica ligeramente en relación al contador en anillo, sin embargo, la velocidad de conteo es igual. Los registros de desplazamiento o corrimiento son empleados como conjuntos de almacenamiento temporal de un grupo requerido de bits, mismos que están siendo procesados. RECOMENDACIONES Tomar en cuenta que la mayoría de los registros de desplazamiento incluyen una señal RESET o CLEAR asíncrona, que permite poner simultáneamente todas las salidas en cero lógico, esto permite limpiar rápidamente el registro de desplazamiento. REFERENCIAS
[1] C. Novillo, Sistemas Digitales, Quito: Escuela Politécnica Nacional, 2001, pp. 102-112. [2] Universidad de Almería, «SAL,» 2015. [En línea]. Available: http://www.hpca.ual.es/~vruiz/docencia/laboratorio_estru ctura/practicas/html/node56.html. [Último acceso: 04 febrero 2018]. [3] T. L. Floyd, Fundamentos de Sistemas Digitales, 9na ed., Madrid: PEARSON, pp. 568-578. [4] M. Morris, Diseño Digital, 3 ed., México: Pearson Educación, pp. 274,275.
F ig. 9. Conversión Paralelo-Serie
II.
CONCLUSIONES
Christian Rueda. - En general en el diseño de circuitos secuenciales para registros de desplazamiento, se requiere de una circuitería adicional con el fin de controlar el ingreso de datos, así como el control de la salida de datos 5
