Laboratorio 8

CIRCUITOS DIGITALES

CONTADOR REGRESIVO

a. Teoría de Contadores y Circuitos Secuenciales

CONTADORES

En electrónica digital, un contador es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas lógicas capaz de almacenar y contar los impulsos (a menudo relacionados con una señal de reloj), que recibe en la entrada destinada a tal efecto, así mismo también actúa como divisor de frecuencia. Normalmente, el cómputo se realiza en código binario, que con frecuencia será el binario natural o el BCD natural. Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir un circuito combinacional.

CARACTERISTICAS IMPORTANTES

• Un número máximo de cuentas (módulo del contador).

• Cuenta ascendente o descendente.

• Operación síncrona o asíncrona.

• Autónomos o de autodetención,

UTILIDAD

Se utilizan para contar eventos.

Ejemplos:

• Número de pulsos de reloj.

• Medir frecuencias.

• Se utilizan como divisores de frecuencia y para almacenar datos. Ejemplo: en un reloj digital.

• Se utilizan para direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.

CONTADORES DE RIZADO.

Son dispositivos contadores que tienen conectados los flip-flops en forma asincrona, es decir, que no,tienen conectadas las entradas de reloj (CLK) en paralelo, sino que tiene que esperar que el primer flip-flop, al activarse por el pulso conmute generando una salida, la cual active o coloque en modo de conmutacion al siguiente flip-flop, el cual con el siguiente pulso conmuta activando al siguiente y asi sucesivamente. El modo de conmutacion en los flip-flop se consigue colocando las entradas J y K en ALTA (1 logico).
El módulo de un contador está determinado por la cuenta máxima a la que es diseñado, es decir, si el contador es diseñado para que cuente de 0 a 15 su módulo es el 16 (contador módulo 16) y simplificado se denomina contador mod-16, si es diseñado para contar de 0 a 9 será un contador módulo 10 o mod-10, etc.



CONTADOR DE RIZADO MODULO- 16.

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 si de forma asíncrona, es decir, que la salida del flip-flop 1 (FF1) está conectada de forma directa a la entrada de reloj del siguiente flip-flop 2 (FF2). Los indicadores de salida dan una señal binaria, donde el indicador A (QA) es el LSB (Bit Menos Significativo), el indicador D (QD) es el MSB (Bit Más Significativo).

Figura 1: Contador de rizado mod-16

CONTADORES PARALELOS

Con este tipo de contadores se elimina o se atenua el retardo que se presenta en los contadores asíncronos, donde se tiene que esperar que un flip-flop active al otro. Este efecto se consigue conectando el reloj directamente a las entradas de reloj (CLK) de los flip-flops, es decir, conectando los pulsos de reloj en paralelo (síncronamente) y las salidas de los flip-flops a las entradas J y K de los mismos.

CONTADOR PARALELO DE 3 BITS MOD-8.

También está construido a base de flip-flops JK, los cuales tienen conectadas sus entradas de reloj en paralelo y sus salidas QA, va conectada a las entradas J y K del siguiente flip-flop (FF2) y asi sucesivamente por lo que estaría en modo de mantenimiento hasta que la salida del FF1 les de un 1 logico lo que los colocaría en modo de conmutacion a FF2, al estar las entradas del reloj en paralelo, la transición del primer pulso del nivel ALTO a BAJO, FF1 se activa mientras que FF2 se coloca en modo de conmutación y FF3 sigue en mantenimiento generando la cuenta 001. En el segundo pulso FF1 se desactiva y FF2 conmuta generando la salida 010, si en el tercer pulso estuviera la salida FF2 conectada directamente a las entradas J y K del FF3 se generaría la cuenta máxima 111, por que el FF2 se encuentra en estado de mantenimiento en este caso activado por el pulso anterior, teniendo en modo de conmutacion a FF3 el cual, junto con FF1 se activaría en el pulso 3. Para evitar este inconveniente se conecta la salida del FF1 y del FF2 a las entradas de una puerta AND y las salidas de la puerta AND a las entradas J y K de FF3, colocandolo en modo de conmutación solamente cuando FF1 y FF2 estén activados, es decir, en el pulso 3. Generando en el pulso 4 de reloj que se desactiven FF1 y FF2 y se active FF3 generando la cuenta 100 y en los siguientes pulsos se generarán. El resto de cuenta como se muestra en el diagrama de tiempo de la figura 4.

OTROS CONTADORES.

Estos contadores no llegan a su cuenta máxima, por que se interrumpe su cuenta según el diseño o la necesidad que se tenga, por ejemplo, un contador MOD-6 o MOD-10.

CONTADOR DE RIZADO MOD-6.

Para conseguir este tipo de contador de bits, se utiliza una entrada de reset o borrado la cual se activa inmediatamente después de la cuenta más alta que se necesite, en este caso en la cuenta 110, colocando los flip-flops en 0 lógico. En la figura 5 se muestra el esquema de un contador mod-6.

Este trabajo de activar las entradas de reset de cada flip-flop lo realiza una puerta NAND la cual da un 0 lógico a las entradas de reset. Al recibir en las entradas de la NAND los 1 lógicos de las salidas del FF2 y del FF3 colocándo en 0 lógico todos los flip-flops y así el contador comienza de nuevo a contar desde 000 hasta 101 o inversamente si es de cuenta descendente.

CONTADOR DECADA (CUENTA DECENAS)

Es uno de los más utilizados, esta construido a base de 4 flip-flops JK y una puerta NAND la cual pone en 0 los flip-flops al llegar la cuenta máxima (1010). Como se sabe un contador de 4 bits, llega a una cuenta máxima binaria de 1111 que equivale a 16 en decimal, por lo que la puerta NAND debe activarse inmediatamente después de la cuenta 1001 0 9 en decimal para que el contador sea mod-10.

Entonces, como la cuenta inmediatamente después de 1001 es 1010, entonces se conectan las entradas de la puerta NAND a las salidas de FF2 (QB) y FF4 (QD) que al mandar los unos a las entradas de la NAND, la activan enviando un pulso a las entradas de reset (borrado o CLR) de los flip-flops colocándolos en cero y reinicializando la cuenta.

CONTADORES DESCENDENTES

Son los contadores en los cuales su cuenta va en sentido inverso a la normal, es decir, de 16 a 0 o en binario de 1111 a 0000. (si es de mod-16)

CONTADOR DE RIZADO DESCENDENTE DE 3 BITS

Esta diseñado similarmente a los demás contadores, con la diferencia que este trae en los flip-flops una salida negada (1), la cual da el pulso contrario a la salida normal (Q), es decir, cuando Q es positivo, 1 es negativo. Esta salida 1 es la que va a ir conectada a la entrada de reloj (CLR) de los otros flip-flops, de resto todas las conexiones son iguales como se muestra en la figura 9.

El funcionamiento es el siguiente: al tener los 3 flip-flops sus entradas J y K en estado de conmutación (ambas entradas en ALTO) y sus salidas Q activadas o en estado de SET en los flip-flops, al llegar el primer pulso en la transición de ALTO a BAJO, el FF1 conmuta, con lo cual Q va del nivel ALTO a BAJO y 1 va del nivel BAJO al ALTO y la cuenta pasa de 111 a 110 (de 7 a 6 en decimal), en el pulso 2 en la transición de ALTO a BAJO, FF1 comuta con lo cual la salida Q va del nivel BAJO al ALTO y la salida 1 va del nivel BAJO al ALTO y se genera la cuenta 101 (5 en decimal) y así hasta llegar a la cuenta máxima, que en este caso es 0000 como se muestra en el diagrama de tiempo,

CONTADORES CON CI TTL

Son circuitos integrados donde vienen incluidos los flip-flops conectados según el tipo de contador y las puertas. Estos contadores se pueden llamar de propósito general. El CI 74192 es un contador reversible BCD síncrono TTL, es decir, módulo-10. Tiene doble entrada de reloj, una para cuenta ascendente y una para cuenta descendente que conmutan en la transición del nivel BAJO al nivel ALTO del pulso. La entrada de borrado síncrono se activa en nivel ALTO colocándo las salidas en nivel BAJO (0000) y se inicializa en cualquier número que se cargue en las entradas de datos en forma binaria y se transfieren asíncronamente a la salida BCD (A=QA, B=QB, C=QC, D=QD). La salida de arrastre se utiliza para conectar en cascada serie varios contadores.

CONTADOR BINARIO DE 4 BITS TTL 7493.

El contador 7493 utilizan 4 flip-flops JK en modo de conmutación, con entradas de reloj ÇP0  y ÇP1  en donde ÇP1 es la entrada de reloj del segundo flip-flop por lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la salida del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entrada ÇP1, quedando ÇP0 como la entrada de reloj del contador. También tiene dos entradas de reset (MR1 y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque, como estas se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendría en reset al contador.

CIRCUITOS SECUENCIALES

Un circuito secuencial es un tipo de circuito lógico. Envía una salida que depende de la entrada actual, además de la historia de la entrada. Eso lo hace diferente de un circuito combinacional, cuya salida depende únicamente de la entrada actual. Dada su dependencia de la historia de entrada (o entrada almacenada), los circuitos secuenciales son particularmente útiles en la memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés) de la computadora. Los dos tipos de circuitos secuenciales son circuitos síncronos y circuitos asíncronos.

Lógica secuencial

Los circuitos secuenciales utilizan un concepto de la teoría de circuitos llamado lógica secuencial. La lógica secuencial se basa en el estado de las entradas, así como en los datos almacenados en la memoria del circuito. Uno de los aspectos más importantes de la lógica secuencial es el concepto de "flip-flops". Los flip-flops son conmutadores internos en un circuito secuencial que son, ya sea abiertos, permitiendo el flujo de información; o cerrados, inhibiendo el flujo de información. Depende de una serie de factores establecidos por el ingeniero. Esto permite la construcción de sistemas complejos que pueden completar una amplia gama de funciones.

Usos de circuitos secuenciales

Debido a su capacidad para almacenar información para ser utilizada en un momento posterior, los circuitos secuenciales son útiles en muchas aplicaciones, incluyendo la memoria de la computadora. Los circuitos secuenciales también usan un reloj interno, por lo que son útiles en los relojes, temporizadores o cualquier objeto que se base en una sincronización exacta. 

Circuitos síncronos

Los circuitos síncronos hacen uso de flip-flops y compuertas lógicas. Similar a los flip-flops, las compuertas lógicas o permiten o restringen el flujo de información en función de determinadas situaciones, tales como si dos variables son iguales una a otra. Un tipo específico de circuito síncrono, llamado circuito cronometrado secuencial, utiliza pulsos de reloj. Los pulsos de reloj se utilizan para sincronizar los diferentes elementos del circuito, tales como los flip-flops. Los flip-flops en un circuito cronometrado secuencial sólo se ven afectados cuando se les indica mediante un pulso de reloj.

Circuitos asíncronos

Un circuito asíncrono es el que registra el orden en el que cambian sus variables de entrada, y envía una salida que depende del resultado. Este tipo de circuito también debe ser capaz de cambiar sus variables de entrada en cualquier momento. Hay también un tipo específico de circuito asíncrono, denominado circuito asíncrono tipo compuerta. Los circuitos tipo compuerta son circuitos combinacionales esencialmente con un camino de realimentación. El camino de realimentación significa que la información de la salida puede ser realimentada en la entrada. Debido a la retroalimentación, estos tipos de circuitos pueden ser inestables, por lo que no se usan comúnmente.
Un sistema secuencial dispone de elementos de memoria cuyo contenido puede cambiar a lo largo del tiempo.El estado de un sistema secuencial viene dado por el contenido de sus elementos de memoria. Es frecuente que en los sistemas secuenciales exista una señal que inicia los elementos de memoria con un valor determinado: señal de inicio. La señal de inicio determina el estado del sistema en el momento del arranque .
La salida en un instante concreto viene dada por la entrada y por el estado anterior del sistema. El estado actual del sistema, junto con la entrada, determinará el estado en el instante siguiente  de realimentación.

b. Video tutorial editado y titulado explicando las experiencias hechas en el laboratorio:

c. Observaciones y conclusiones. ¿Qué he aprendido de esta experiencia?

OBSERVACIONES

• La versión usada del simulador Proteus impedía que el circuito planteado para este laboratorio se ejecutara de manera correcta.

• Se tuvo algunas dificultades con la elaboración del circuito practico.

• Se observo que dentro del programa de simulación existían muchos elementos cuyo símbolo era prácticamente idéntico, esto causo múltiples confusiones al momento de instalar los dispositivos.

CONCLUSIONES

•  Se identificaron las aplicaciones de los contadores en los circuitos secuenciales

• Se observo y analizo el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.

• Se implementaron circuitos lógicos secuenciales.

d. Integrantes 

• Rusbel Quispe Mamani
• Arotaipe Mayna Edison
• Toledo Copa Rodrigo