Arquitectura de Computadoras

Practica 4

Dillan Aner Durán Escamilla Ileana Giselle Garza Ibarra Fernando Guevara Sánchez Norma Priscila Rodríguez Reyes ITI 1-2

Contenido Introducción ...................................................................................................................... 3

Bases Teóricas. ................................................................................................................... 4

Sistemas Secuenciales: ................................................................................................... 4

Sistemas secuenciales asíncronos................................................................................... 6

Desarrollo .......................................................................................................................... 8

Contador con habilitación .............................................................................................. 8

Resultado ..................................................................................................................... 10

Contador incremento-decremento con habilitación ..................................................... 13

Resultado ..................................................................................................................... 16

Semáforo ..................................................................................................................... 18

Resultado ..................................................................................................................... 20

Contador ascendente- descendente ............................................................................ 22

Resultado ..................................................................................................................... 24

Conclusión ....................................................................................................................... 27

Introducción Al finalizar esta práctica, nosotros los alumnos debemos ser capases de

manejar y diseñar los circuitos secuenciales

Para esto necesitaremos:

• PC

• Software Logisim

En esta práctica podremos utilizar lo que hemos aprendió en los ejercicios

anteriores.

Así que lo que realizaremos serán cuatro circuitos con su tabla de verdad,

simplificación con mapa de Karnaugh y el circuito en logisim.

En la primera parte se diseñara un módulo que sea capaz de simular un

Contador con habilitación. El segundo simulara un Contador incremento-

decremento con habilitación. En el tercero simularemos el funcionamiento

de un Semáforo y por ultimo realizaremos un Contador ascendente-

descendente.

Con esto evidenciaremos que sabemos manejar no solo el software logisim si

no que también sabremos cómo hacer el circuito con su tabla de de verdad y

simplificación con mapas de Karnaugh.

Y como evidencia entregaremos este reporte de la práctica desarrollada.

Bases Teóricas.

Sistemas Secuenciales:

En los sistemas secuenciales, los valores de las salidas, en un momento dado, no

dependen exclusivamente de los valores de las entradas en dicho momento, sino también

dependen del estado anterior o estado interno. El sistema secuencial más simple es el

biestable, de los cuales, el de tipo D (o cerrojo) es el más utilizado actualmente.

La mayoría de los sistemas secuenciales están gobernados por señales de reloj. A éstos se

los denomina "síncronos" o "sincrónicos", a diferencia de los "asíncronos" o "asincrónicos"

que son aquellos que no son controlados por señales de reloj.

A continuación se indican los principales sistemas secuenciales que pueden encontrarse

en forma de circuito integrado o como estructuras en sistemas programados:

Contador

Registros

>La salida depende de los valores de las entradas en ese instante y también de los valores

que tuvieron en los instantes anteriores.

>Circuitos que “recuerdan” o tienen memoria de las situaciones de interés por las que ha

pasado el sistema a las situaciones se denominan estados.

Clasificación de sistemas secuenciales: definición de secuencia

Sistemas síncronos: Sólo se observa el sistema durante el pulso de reloj, marcapasos. El

reloj establece cuando se modifica el estado (no la salida).

Sistemas asíncronos: El sistema es permanentemente activo. Un cambio en alguna de las

entradas del sistema: induce un transitorio que evoluciona hasta el siguiente estado.

�Dos bloques básicos: en coincidencia con el pulso de reloj.

• Un bloque combinacional que:

Lee las variables de entrada y de estado. Genera las funciones booleanas de salida

y de excitación.

• Un bloque de memoria que:

“recuerda” la evolución del sistema.

Configura el estado anterior.

El nuevo estado se generará y será leído con el nuevo pulso de reloj.

Elementos de memoria biestable y flip-flop.

BIESTABLE: circuito secuencial que se caracteriza por:

Tener dos estados estables: almacena permanentemente un bit “0” y “1”:

Estado: contenido de la memoria.

Se mantiene indefinidamente en uno de los estados posibles.

Entradas o señales externas de excitación hacen que el BIESTABLE cambie de

estado.

NOTA: La función de excitación es característica de cada tipo de biestable (D, T, RS o JK).

Tienen dos salidas:

o Q y Ǭ: son las variables de estado (definen los estados internos).

o Las salidas dependen de las entradas y del estado anterior.

Flip-flop RS (implementación NOR)

• Una de las dos entradas a “0”, salidas complementarias.

• Una entrada a “1” determina el valor de la salida.

Sistemas secuenciales asíncronos.

Son aquellos que NO se encuentran pilotados por un pulso de reloj

� Alta velocidad de respuesta

� Dos tipos:

No existe señal de reloj.

El disparo del circuito se realiza con pulsos en las entradas.

El cambio de nivel de una entrada provoca el posible cambio de la salida y el

estado.

� No son necesarios elementos de memoria.

� Circuito combinacional realimentado.

Desarrollo

Contador con habilitación

El siguiente contador secuencial utiliza un habilitador en el cual se realiza una secuencia

de cambios de estados o en su defecto permanecer en el mismo, el cual solamente tiende

a incrementar.

Explicación

A continuación en el siguiente grafo se tomaran los valores que señalan para poder

realizar la tabla de verdad. Se resolverá de la siguiente manera, primero que nada es

importante señalar que siempre se empezara nuestro contador en el RST de allí

cambiaremos a los demás estados.

Primero veremos cuáles son los estados, son los valores que se encuentran en la parte de

arriba del “círculo” o sea “Ap” y “Bp” y además nuestro contador que será “C”, los tres

anteriores valores serán nuestras entradas. Como son 3 entradas se procederá a realizar

una tabla de verdad de 8 valores con 3 bits.

Ahora se llenaran el resto de la tabla, es decir “Af”, “Bf”, “N1” y “N2” , estos valores serán

nuestras salidas. Por ejemplo los primeros valores de entrada de nuestra tabla es 0 0 0, es

decir C=0, Ap=0 Bp=0, eso significa que empezáramos en el estado 0 0 y cambiaremos

hacia al estado donde nos marque C, como C es cero y nos marca el mismo sitio, entonces

nuestro estado será el mismo pero nuestras salidas serán las que estén en N1 y N2, es

decir 0 0.

Otro ejemplo es 1 0 0, el cual las entradas serían C=1 , Ap=0 y Bp=0, es decir que en el

estado 0 0 se cambiará al estado donde esté el contador 1, por lo que el estado futuro

será 0 1, pero este conservará las salidas de su estado de origen, por lo que las salidas N1

y N2 serían 0 0.

La explicación anterior la podemos utilizar en los siguientes contadores para poder

resolverlos.

La siguiente tabla de verdad se basa en el grafo anterior:

C Ap Bp Af Bf N1 N2

0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 1 0 1

0 1 0 1 0 1 0

0 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 0 0

1 0 1 1 0 0 1

1 1 0 1 1 1 0

1 1 1 0 0 1 1

Para realizar lo que son las funciones se necesitan realizar mapas de Karnaugh de:

Af,Bf,N1,N2 las cuáles son nuestras salidas.

Mapa de AF

0 0

0 0

0 1

0 1

1 0

1 0

1 1

1 1

RST

0

1

0

1 1

0

0

1

C

Ap

Bp

N1

N2

Mapa de BF

Mapa de N1

Mapa de N2

Resultado

De acuerdo a las funciones obtenidas de la tabla de verdad se da como resultado el

siguiente diagrama:

Ejemplos

Entradas 1 0 1

Salidas 0 1

Entradas 1 1 1

Salidas 1 1

Contador incremento-decremento con habilitación

Con este contador secuencial en el cual también se utiliza un habilitador el cual

incrementa y decremento lo que son los cambios de estados.

A diferencia del contador anterior este utiliza además de C hay otra entrada la cual

es H, por lo que si le añadimos las otras entradas Ap y Bp, tendremos cuatro entradas,

entonces nuestra tabla de verdad deberá ser de 16 valores de 4 bits.

El grafo anterior se basa en la siguiente tabla de verdad de la cual se utilizara para

resolver el circuito:

C H Ap Bp Af Bf N1 N2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0

0 0

0 0

0 1

0 1

1 0

1 0

1 1

1 1

RST

1

1

C H

Ap

Bp

N1

N2

1

1 1

1

1

1

1 0 1 0

1 0 1 0

0 X 0 X

0 X

1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1

Para la realización del circuito se tendrá que realizar los siguientes mapas de

Karnaugh para: Af, Bf, N1, N2.

Mapa de Af

Mapa de Bf

Mapa de N1

Mapa de N2

Resultado

En base a lo anterior que fueron los mapas se realizo el circuito siguiente:

Ejemplos

Entradas 1 0 0 1

Salidas 0 1

Entradas 0 1 1 0

Salidas 1 0

Semáforo

En este contador secuencial se elaborara un semáforo que contendrá sus luces designadas

(es decir rojo, amarillo y verde, para mayor comodidad las renombraremos a “R”, “A” y

“V”), y además deberán tener la misma secuencia que un semáforo real, es decir cuando

está en rojo pasa a verde, después a amarillo y por último rojo, volviéndose a repetir la

secuencia.

C Ap Bp Af Bf R A V

0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 1 0 0 1

0 1 0 1 0 0 1 0

0 1 1 x x x x x

1 0 0 0 1 1 0 0

1 0 1 1 0 0 0 1

1 1 0 0 0 0 1 0

1 1 1 x x x x x

0 0

1 0 0

0 1

0 0 1

1 0

0 1 0

RST

0

1

0

1

1

0

C

Ap

Bp

R A

V

En base a la tabla anterior se elaboran lo que son los mapas de Karnaugh de: Af,Bf,R,A,V

Mapa de Af

Mapa de Bf

Mapa de R

Mapa de V Mapa de A

Resultado

En base a los mapas anteriores se realizaran lo que es el circuito que simulara un

semáforo:

Ejemplos

Entradas 1 0 1

Salidas 0 0 1

Entradas 1 1 0

Salidas 1 0

Contador ascendente- descendente

En este contador secuencial se incrementa o decrementa los estados dependiendo que

entrada se utiliza, pero no tiene lo que es un habilitador.

A continuación se realizara la tabla de verdad que se obtuvo de lo que fue el grafo

anterior.

C Ap Bp Af Bf N1 N2

0 0 0 1 1 0 0

0 0 1 0 0 0 1

0 1 0 0 1 1 0

0 1 1 1 0 1 1

1 0 0 0 1 0 0

1 0 1 1 0 0 1

1 1 0 1 1 1 0

1 1 1 0 0 1 1

0 0

0 0

0 1

0 1

1 0

1 0

1 1

1 1

RST

1

1 1

1

C

Ap

Bp

N1

N2

0

0

0

0

En base a lo que se mostró anteriormente se realizara a cabo los mapas de Karnaugh

de:Af,Bf,N1,N2

Mapa de Af

Mapa de Bf

Mapa de N1

Mapa de N2

Resultado

En base a lo anterior se elaborara lo que es el circuito secuencial mencionado

anteriormente el cual tendrá como objetivo simular un contador con incremento y

decremento.

Este es el circuito resultante de las funciones obtenidas de los mapas de Karnaugh.

Ejemplos

Entradas 0 1 0

Salidas 1 0

Entradas 1 1 1

Salidas 1 1

Conclusión

En conclusión con esta práctica hemos aprendido a obtener la tabla de

verdad de un circuito secuencial además de que simplificamos

términos gracias a los mapas de Karnaugh y por ultimo realizamos la

simulación en logisim.

En la primera parte se diseño un módulo que fue capaz de simular un

Contador con habilitación.

El segundo simulo un Contador incremento-decremento con

habilitación.

En el tercero simulamos el funcionamiento de un Semáforo.

Y por ultimo realizamos un Contador ascendente- descendente.

Con este tipo de prácticas aprendemos mucho ya que sabemos cómo

están hechos lógicamente muchos de los aparatos electrónicos que

utilizamos habitualmente.

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