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ing. Utrilla Salazar, Darío
INFORME PREVIO DEL LAORA!ORIO " DE #IR#UI!OS DI$I!ALES II I.% IN!RODU##I&N Exist Existen en dive diverso rsoss tipo tiposs de cont contad ador ores es TTL TTL y CMOS CMOS,, básic básicam amen ente te son son Circ Circui uito toss secuenciales, los cuales se implementan utilizando latch o flip flop !ue confi"urados de cierto cierto modo modo #sincro #sincrono no o asincr asincrono ono$$ nos permit permiten en obtene obtenerr la secuenc secuencia ia de codi"o codi"oss deseada% Existen diersos modos de confi"uraci&n de estos circuitos secuenciales, se tiene tiene el contad contador or ascende ascendente nte,, descen descenden dente, te, o escalon escalonado ado todos todos ellos ellos se los puede puede obtener de una confi"uraci&n sincrona o asincrona%
II.% O'E!IVOS 'nalizar el funcionamiento de los diversos circuitos inte"rados multivibradores astables y monostables% (escrib (escribir ir el tipo tipo de funcio funcionam namien iento to en circui circuitos tos multiv multivibra ibrador dores es TTL TTL y CMOS, CMOS, e indicar sus diferencias% )iasualizar el comportamiento de los distintis circuitos contadores, utilizando led*s a la salida de los C+% +mplementar los circuitos basicos descritos en el manual de laboratoirio y analizar su funcionamiento% -ue el estudiante aprenda utilizar los principios básicos para el análisis de circuitos di"ital di"itales es contad contadore oress median mediante te simulad simuladore oress y !ue ten"a ten"a la capacid capacidad ad de realizar realizar la detecci&n de fallos, corre"irlos y comprobar su buen funcionamiento%
III.% RESUMEN El experim experiment ento o consta consta de circuit circuitos os secuenc secuencial iales es !ue desarro desarrolla llan n las funcio funciones nes de contadores, por lo !ue se debe atender especial atenci&n de su análisis, funcionamiento, operaci&n operaci&n de los circuitos y los resultados obtenidos obtenidos #respuesta #respuesta de funcionamien funcionamiento to del circuito, dia"ramas de tiempo$% .or lo !ue se recomienda efectuar las consultas previas en los apuntes de clases, manuales t/cnicos adecuados en relaci&n a los dispositivos a emplear emplear y los circuitos circuitos di"itales di"itales a implementar implementar%% .or ultimo ultimo se implementa el circuito circuito con los circui circuitos tos inte"r inte"rado adoss realizan realizando do con0un con0untam tament entee prueba pruebass indivi individua duales les de su funcionamien funcionamiento to y al terminar dicho dicho proceso se procede procede a hacer las verificacion verificaciones es y desarrollo de las tablas de estados y construir los dia"ramas de tiempo%
IV.% MAR#O !EORI#O Con lo dicho en la introducci&n, un contador es un circuito secuencial conformado básicamente de latch o flip flop, !ue confi"urados de una manera especial se pueden "ene "enera rarr una una secu secuen enci ciaa de dato datos% s% ' cont contin inua uaci ci&n &n se muest uestra ran n las las dife difere rent ntes es confi"uraciones y tipos de contadores en TTL y CMOS%
(. #onta)ores asín*ronos )e rizos. Este tipo de contadores donde cada salida del flip1flop sirve como se2al de entrada CL3 para el si"uiente flip1flop, estos contadores no cambian de estado todos 0untos por lo !ue se dice !ue no están en sincron4a, solo el primer flip flop responde a los pulsos del relo0 ,lue"o para !ue al se"undo flip1flop responda debe esperar !ue el primer flip1flop cambie de estado, y para !ue el tercer flip1flop se complemente debe esperar !ue el
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se"undo flip1flop cambie de estado, y as4 sucesivamente con los demás flip1flop% .or lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip1flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 5616ns"% % En el dia"rama l&"ico se muestra un contador as4ncrono binario ascendente de tres bits dise2ado a partir de flip1flop 713 en confi"uraci&n to""le con disparo por borde de subida% (ebido a !ue posee tres flip1flop, su ciclo básico se compone de ocho estados !ue van desde cero #666$ hasta siete #555$ en forma secuencial y repetitiva%
8i"ura59 dise2o del contador asincrono con 88173
/. #onta)ores Asín*ronos en #I. Existen varios contadores as4ncronos en C+, tanto TTL como CMOS% :no de ello es el TTL ;<=>% la fi"ura muestra el dia"rama l&"ico para el ;<=>% note los si"uientes puntos9 •
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El ;<=> tiene cuatro flip1flop 713 con salidas -6 -5 -< ->, donde -6 corresponde al LS? y -> MS?% La distribuci&n de los flip1flops es tal !ue el LS? se encuentra en el extremo iz!uierdo para satisfacer la convenci&n de !ue las se2ales de entrada al circuito aparezcan a la iz!uierda% Cada flip1flops tiene una entrada C. # pulso de relo0$ !ue es solo otro nombre para la entrada CL3, se puede tener acceso externo a las entradas de relo0 para -6 @ -A, marcadas como C.6 @ C.5% la barras de inversi&n sobre estas entradas indican !ue se activan por un T.B% Cada flip1flops tiene una entrada as4ncrona borrar #C($% Estas se encuentran conectadas entre s4 a la salida de una compuerta nand de dos entradas M5 y M<, donde M denota reiniciaci&n maestra% 'mbas entradas M deben estar altas para borrar el contador y ponerlo en 6666% Los flip1flops -5,-<,->, ya están conectados como un contador de rizos de tres ?+T, el flip1flops -6 no esta conectado internamente a nada% Esto permite !ue el usuario opte por conectar -6 a -5 para formar un contador de ?+T o usar -6 en forma separada si as4 lo desea%
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0. #onta)ores sín*ronos aralelos. El problema !ue se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propa"aci&n de los flip1flops dicho de otra manera no todos los flip1 flops cambian en sincron4a con los pulsos de entrada% Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores s4ncronos o paralelos, en el !ue todos los flip flops se disparan en forma simultanea #en paralelo$ por medio de los pulsos de relo0% @a !ue los pulsos de entrada se aplican a todos los flip1flops debe utilizase al"Dn medio para controlar cuando un flip1flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de relo0% Esto se lo"ra utilizando la entradas 7 y 3 !ue en la si"uiente fi"ura para un contador MO( 5 de ?+T%
". #onta)or asín*rono #MOS. En la familia CMOS existen varios contadores as4ncronos% La mayor4a son e!uivalentes a las versiones TTL% Si embar"o existen varios contadores as4ncronos de C+ !ue no tiene contraparte en la familia TTL, uno de ellos es ;FC6<% este C+ es un contador de ;?+T con una entrada maestra de reestablecimiento as4ncrono% Los ; flip1flops están conectados internamente como un contador de rizos MO( 5
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1. #onta)ores sín*ronos aralelos. El problema !ue se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propa"aci&n de los flip1flops dicho de otra manera no todos los flip1 flops cambian en sincron4a con los pulsos de entrada% Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores s4ncronos o paralelos, en el !ue todos los flip flops se disparan en forma simultanea #en paralelo$ por medio de los pulsos de relo0% @a !ue los pulsos de entrada se aplican a todos los flip1flops debe utilizase al"Dn medio para controlar cuando un flip1flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de relo0% Esto se lo"ra utilizando la entradas 7 y 3 !ue en la si"uiente fi"ura para un contador MO( 5 de ?+T%
2. #onta)or 'o3nson. 'parte de los contadores binarios !ue pasan por todos sus posibles estados y de los de secuencia truncada, en los cuales el nDmero máximo de posibles estados es
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V.% PARA EL INFORME PREVIO. (. De+inir el *on*eto )e *onta)or )igital, anali*e s4 +4n*ionamiento 5 men*ione los tios *ara*terísti*os )e los *onta)ores seg6n la sin*roniza*i7n *on la se8al )e relo9 :#l;< 5 analizar *a)a 4no )e ellos :Los *ir*4itos 5 s4s *ara*terísti*as, tablas )e esta)os 5 )iagramas )e tiemo<. Existen diversos tipos de contadores TTL y CMOS, básicamente son Circuitos secuenciales, los cuales se implementan utilizando latch o flip flop !ue confi"urados de cierto modo #sincrono o asincrono$ nos permiten obtener la secuencia de codi"os deseada% Existen diersos modos de confi"uraci&n de estos circuitos secuenciales, se tiene el contador ascendente, descendente, o escalonado todos ellos se los puede obtener de una confi"uraci&n sincrona o asincrona%
a< #onta)ores asín*ronos Este tipo de contadores donde cada salida del flip1flop sirve como se2al de entrada CL3 para el si"uiente flip1flop, estos contadores no cambian de estado todos 0untos por lo !ue se dice !ue no están en sincron4a, solo el primer flip flop responde a los pulsos del relo0 ,lue"o para !ue al se"undo flip1flop responda debe esperar !ue el primer flip1flop cambie de estado, y para !ue el tercer flip1flop se complemente debe esperar !ue el se"undo flip1flop cambie de estado, y as4 sucesivamente con los demás flip1flop% .or lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip1flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 5616ns"% % En el dia"rama l&"ico se muestra un contador as4ncrono binario ascendente de tres bits dise2ado a partir de flip1flop 713 en confi"uraci&n to""le con disparo por borde de subida% (ebido a !ue posee tres flip1flop, su ciclo básico se compone de ocho estados !ue van desde cero #666$ hasta siete #555$ en forma secuencial y repetitiva%
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b< #onta)ores sín*ronos aralelos. El problema !ue se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propa"aci&n de los flip1flops dicho de otra manera no todos los flip1 flops cambian en sincron4a con los pulsos de entrada% Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores s4ncronos o paralelos, en el !ue todos los flip flops se disparan en forma simultanea #en paralelo$ por medio de los pulsos de relo0% @a !ue los pulsos de entrada se aplican a todos los flip1flops debe utilizase al"Dn medio para controlar cuando un flip1flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de relo0% Esto se lo"ra utilizando la entradas 7 y 3 !ue en la si"uiente fi"ura para un contador MO( 5 de ?+T%
/. Des*ribir las *ara*terísti*as ese*i+i*as )e los *onta)ores = #onta)ores asín*ronos, sin*ronos. 5 s4s ali*a*iones. :n contador asincrono es a!uel en donde cada salida del flip1flop sirve como se2al de entrada CL3 para el si"uiente flip1flop, estos contadores no cambian de estado todos 0untos por lo !ue se dice !ue no están en sincron4a, solo el primer flip flop responde a los pulsos del relo0 ,lue"o para !ue al se"undo flip1flop responda debe esperar !ue el primer flip1flop cambie de estado, y para !ue el tercer flip1flop se complemente debe esperar !ue el se"undo flip1flop cambie de estado, y as4 sucesivamente con los demás flip1flop% .or lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip1flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 5616ns"% Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores s4ncronos o paralelos, en el !ue
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todos los flip flops se disparan en forma simultanea #en paralelo$ por medio de los pulsos de relo0%
0. De los man4ales t>*ni*os obtener los I# !!L 5 #MOS ?4e *4mlen *on las +4n*iones )e *onta)ores, anali*e bre-emente las tabla )e -er)a), )iagramas )e tiemo. @ +4n*ionamiento. (.% #ON!ADOR INARIO DE " I!S !!L "B0. El contador ;=> utilizan flip1flops 73 en modo de conmutaci&n, con entradas de relo0 H.6 y H.5 en donde H.5 es la entrada de relo0 del se"undo flip1flop por lo !ue para formar un contador de bits mod15 hay !ue conectar la salida del primer flip1flop de manera externa #puente$ con la entrada H.5, !uedando H.6 como la entrada de relo0 del contador% Tambi/n tiene dos entradas de reset #M5 y M<$ las cuales no se deben de0ar desconectadas #flotando$ por!ue, como estas se activan en 'LT', al estar flotando toman un nivel 'LTO lo !ue mantendr4a en reset al contador%
Contador ;=>
/.% #ON!ADOR #MOS "C#0B0 El C+ ;FC>=> es un doble contador binario de bits% Esta construido a base del flip1 flop T% Las entradas de relo0 #5H. y , siendo -6 el LS? y, -> el MS? del numero binario de bits% e!uiere una fuente de alimentacion de I) (C y viene en un C+ (+. de5 patillas%
8i"ura 59 (ia"rama l&"ico del contador CMOS ;FC>=>
0.% #ON!ADOR #MOS #I "C#(B0 El C+ ;FC5=> es un contador reversible s4ncrono de bits preinicializable como lo muestra la ho0a de datos%
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8i"ura 59 Contador CMOS ;FC5=> Tiene < entradas de relo0 #C.: y C.($, !ue se activan en la transici&n del nivel ?'7O al 'LTO del pulso de relo0, la entrada C.: es para la cuenta ascendente #:.$ y la entrada C.( es para la cuenta descendente #($, por lo !ue dependiendo si el contador !ue se necesite se conecta al nivel alto o JI)% Los modos de operaci&n del contador CMOS ;FC5=> se muestran en la tabla de verdad I% El modo de reset borra as4ncronamente las salidas #-6 a ->$ al binario 6666 activándose en 'LTO el cual puede ser un pulso de corta duraci&n% Las entradas de car"a de datos en paralelo #(6 a (>$ se utilizan para pro"ramar un nDmero en binario desde donde se !uiere !ue empiece a contar de nuevo al activar la entrada de car"a en paralelo #.$$ con un nivel ?'7O y los datos son transferidos as4ncronamente a las salidas #-6 a ->$% Las salidas de arrastre THI y THK "eneran un pulso ne"ativo, para la conexi&n en cascada de contadores, ya sea en forma ascendente o en forma descendente la cuenta de estos% El contador ;FC5=> viene en un (+. de 5 patillas y opera con una tensi&n de alimentaci&n de JI) (C%
".% EL #D"/B es un contador sincr&nico :p1(on, Contador .ro"resivoNe"resivo, .rea0ustable, ?inarioN(/cada Es un contador de bits !ue opera como d/cada #6666 a 5665$, tanto en el sentido creciente como decreciente% 'demás de la entrada normal de cloc #informaci&n de tipo serie$ posee entradas disponibles para informaci&n paralela% Esas entradas permiten !ue el contador sea car"ado con un determinado dato #nDmero binario$ e inicie a partir de all4 la cuenta%
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". #4al es la )i+eren*ia entre 4n *onta)or asín*rono 5 4n *onta)or sin*rono así *omo la )i+eren*ia entre 4n *onta)or *on-en*ional 5 4n *onta)or es*ala)or m4estre *ir*4itos rG*ti*os ara eHli*arlos.. La diferencia es !ue en un contador asincrono la salida de cada flip flop sirve como entrada de relo0 del si"uiente, mientras !ue en in cintador sincrono, las entradas de relos se activan simultaneamete en cada 88, conectados en paralelo% :n contador escalador es a!uel !ue esta confi"urado para "enerar una secuencia desordenada de codi"os #en esta secuencia solo se puede utilizar un codi"o en binario a la vez
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I% Dise8ar 4n *onta)or asín*rono 4tilizan)o FFs )e tio
'J, )e mo)4lo (2, (/,
(, 2. a$ +5v
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