electrónica digital · combinacional: las salidas dependen de las entradas secuencial: las salidas...
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Sistemas Secuenciales
Electrónica Digital
Electrónica Básica
José Ramón Sendra SendraDpto. de Ingeniería Electrónica y AutomáticaULPGC
Combinacional: las salidas dependen de las entradas
Secuencial: las salidas dependen de las entradas y de valores anterioresde determinadas salidas ( e.d. depende de la vida pasada del circuito)
CIRCUITOS SECUENCIALES
Sistemacombinacional
Circuito derealimentación
EntradasSalidas
Los circuitos secuenciales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
CIRCUITOS SECUENCIALES
Sistemacombinacional
EntradasSalidas
Salidas queactúan comoentradas
Sistemacombinacional
Elementos dememoria
EntradasSalidas
Generador deimpulsos de
reloj
Las células básicas de los circuitos secuenciales son los biestables loscuales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
•Activos por nivel
•Activos por flanco � Flip-Flops
Los más utilizados son:•RS•JK•D•T•etc
CIRCUITOS SECUENCIALES
BIESTABLE RS NOR
BIESTABLES ASÍNCRONOS
S
0 0 1 1
R
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
Indeseable
Q(t+1)
Q(t) 1 0
S 0 0 0 0 1 1 1 1
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 - -
No cambiaResetSet
- -
Indeseable
Cuando R≠≠≠≠S la salidasigue a la S
No cambia
S
R Q
Q
Tabla de Verdad
BIESTABLE RS NOR
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
S
R Q
Q
Tabla de Transición
S
0 1 0 X
R
X 0 1 0
BIESTABLE RS NAND
BIESTABLES ASÍNCRONOS
S
0 0 1 1
R
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
IndeseableQ(t+1)
Q(t) 1 0
S 0 0 0 0 1 1 1 1
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) - - 1 1 0 0 0 1
No cambiaResetSet
- -
Indeseable
Cuando R≠≠≠≠S la salidasigue a la R
No cambia
S
R Q
Q
Tabla de Verdad
BIESTABLE RS NAND
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
Tabla de Transición
S
1 0 1 X
R
X 1 0 1
S
R Q
Q
BIESTABLE JK
BIESTABLES ASÍNCRONOS
J
0 0 1 1
K
0 1 0 1
Q(t+1)
Q(t) 0 1
Cambia
Q(t+1)
Q(t) 1 0
J 0 0 0 0 1 1 1 1
K 0 0 1 1 0 0 1 1
Q(t) 0 1 0 1 0 1 0 1
Q(t+1) 0 1 0 0 1 1 1 0
No cambiaResetSet
Cambia
Cuando J≠≠≠≠K la salidasigue a la J
No cambia
K
J Q
Q
Tabla de Verdad
Q(t) Q(t)
Oscilación para J=K=1 → Carreras →→→→No se suelen usar →→→→ Sol: BiestableJK M/S
BIESTABLE JK
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
0 0 1 1
Q(t+1)
0 1 0 1
Tabla de Transición
J
0 1 X X
K
X X 1 0
K
J Q
Q
BIESTABLE TIPO T ( = JK cortocircuitando J=K)
BIESTABLES ASÍNCRONOS
T
0 0 1 1
Q(t)
0 1 0 1
Tabla de Verdad
Q(t+1)
0 1 1 0
T Q
Q
No cambia
Cambia (TOGGLE)
BIESTABLE TIPO D ( No hace nada, sirve de memoria)
BIESTABLES ASÍNCRONOS
Q(t)
Q(t)
D
NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Generación de un GLITCH
NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Efecto de un GLITCH sobre un biestable
Entradas asíncronas → no dependen de reloj → PRESET (poner a 1la salida) y CLEAR (poner a 0 la salida)
BIESTABLES SÍNCRONOS
Activas a nivel alto Activas a nivel bajo
PR
CLR
PR
CLR
No pueden estar activas a la vez
Entradas de reloj → CK, CLK, CLOCK ...
BIESTABLES SÍNCRONOS
Disparo por nivel
nivel altoCLK
nivel bajoCLK
Disparo por flanco
flanco desubida CLK
flanco debajada CLK
Entradas síncronas → dependen del reloj → R, S, J, K, T, D
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R
K
J T
Orden de prioridad:
1.- Entradas Asíncronas2.- Entrada de Reloj3.- Entradas Síncronas
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
Q
PR
CLR
CLK S
R Q
Q
PR
CLR
CLK
BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR NIVEL
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
QC
C S R Q Q0 X X Q Q1 0 0 Q Q1 0 1 0 11 1 0 1 01 1 1 1 1
BIESTABLE RS SÍNCRONO CON ENTRADAS ASÍNCRONAS
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
Q
PR
CLR
CLKC S R Q(t+1)X X X 1X X X 0X X X 1*0 0 Q(t)1 0 10 1 01 1 Indeterminado
Indeseado
PR CLR0 11 00 01 11 11 11 1
BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO (FLIP-FLOP)
BIESTABLES SÍNCRONOS
S
R Q
QCLK
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 1 1
BIESTABLE JK MAESTRO ESCLAVO (MASTER-SLAVE)
BIESTABLES SÍNCRONOS
FLIP-FLOP JK SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO
BIESTABLES SÍNCRONOS
K
J Q
QCLK
K
J Q
QCLK
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q
C S R Q QX X Q Q0 0 Q Q0 1 0 11 0 1 01 1 Q Q
BIESTABLE TIPO D
BIESTABLES SÍNCRONOS
D Q
QCLK
C D Q(t) Q(t+1)0 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 01 1 0 11 1 1 1
Modo memoria
Modo transparente
FLIP-FLOP TIPO D
BIESTABLES SÍNCRONOS
FLIP-FLOP TIPO T
BIESTABLES SÍNCRONOS
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
Definición: Circuito secuencial cuyas salidas representan en undeterminado código el número de impulsos que se aplican a la entrada
Estructura: Biestables activados por flanco (FF) conectados entre sí
Módulo (M): número de valores por los que pasa (divisor por M)
Tipos:•Ascendentes•Descendentes
Tipos:•Asíncronos → Los FF no comparten la misma señal de reloj•Síncronos → Los FF comparten la misma señal de reloj:
•Síncronos propiamente dichos•Contadores basados en registros de desplazamiento
CONTADORES
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS
Secuencia
de cuentaCondiciones de funcionamiento
A2 A1 A0
0 0 0
0 0 1 A0 cambia de 0 a 1
0 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
0 1 1 A0 cambia de 0 a 1
1 0 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 1 a 0; A2 cambia
1 0 1 A0 cambia de 0 a 1
1 1 0 A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
1 1 1 A0 cambia de 0 a 1
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
�
�
Entrada deimpulsos acontar
�
��
QA QB QC
Q Q Q
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Utiliza FF tipo T o tipo JK
Problema → lento ya que cada FF debe esperar a que el anterior bascule
Módulo = M = 2n = 23 = 8 impulsos
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Módulo ≠ 2n
Se parte de un contador de M = 2n y se conecta la primera combinación nodeseada mediante una NAND a las entradas CLEAR de los FF JK o T.
Ej: contador M = 12
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1” � � �
�
�
Entrada deimpulsos acontar
� � �� C C C C
�
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
TABLA DE TRANSICIONES SEÑALES DE CONTROL
ESTADO ACTUALESTADO
SIGUIENTEENTRADAS SÍNCRONAS
QD QC QB QA QD QC QB QA JD KD JC KC JB KB JA KA
0 0 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 0 X 1 X
0 0 0 1 0 0 1 0 0 X 0 X 1 X X 1
0 0 1 0 0 0 1 1 0 X 0 X X 0 1 X
0 0 1 1 0 1 0 0 0 X 1 X X 1 X 1
0 1 0 0 0 1 0 1 0 X X 0 0 X 1 X
0 1 0 1 0 1 1 0 0 X X 0 1 X X 1
0 1 1 0 0 1 1 1 0 X X 0 X 0 1 X
0 1 1 1 1 0 0 0 1 X X 1 X 1 X 1
1 0 0 0 1 0 0 1 X 0 0 X 0 X 1 X
1 0 0 1 1 0 1 0 X 0 0 X 1 X X 1
1 0 1 0 1 0 1 1 X 0 0 X X 0 1 X
1 0 1 1 1 1 0 0 X 0 1 X X 1 X 1
1 1 0 0 1 1 0 1 X 0 X 0 0 X 1 X
1 1 0 1 1 1 1 0 X 0 X 0 1 X X 1
1 1 1 0 1 1 1 1 X 0 X 0 X 0 1 X
1 1 1 1 0 0 0 0 X 1 X 1 X 1 X 1
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Simplificamos por Karnaugh:
JD=KD=QAQBQC
JC=KC=QAQB
JB=KB=QA
JA=KA=“1”
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
�
�
�
�
Entrada deimpulsos acontar �
�
� ��
�
QA QB QC QD
��
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Podemos ahorrar puertas lógicas si nos damos cuenta que:
JA=KA=“1”
JB=KB=QA
JC=KC=JBQB
JD=KD=JCQC
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
J
K
Q
CLK
“1”
�
��
C�
�
� ��
QA QB QC QD
��
�
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contadorde la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contadorde la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DEDESPLAZAMIENTO →→→→ CONTADOR EN ANILLO
CONTADORESCONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DEDESPLAZAMIENTO →→→→ CONTADOR JOHNSON O ANILLO INVERTIDO