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1
Práctica 4:
CONTADORES
2
Asíncronos à R–S
Síncronos à R–S, J-K, T, D
Biestables
Son circuitos que tienen dos estados estables. Cada estado puedepermanecer de forma indefinida. Son circuitos con memoria
Clasificación:
• Asíncronos: no necesitan señal de sincronización para cambiar la salida
• Síncronos: necesitan una señal para validar la salida (Señal de sincronismo o de reloj CLK)
Introducción
3
Biestables R-S
Prohibido11001110
Qt-100QtSR
No cambia
de estado
R
S
Q
Q
Con puertas NORR
S
Q
Q
R
S Q
Q
Con puertas NAND
Circuitos secuenciales asíncronos
4
R
S
Q
Q
Aparecen problemas en los sistemas asíncronos cuando aparecen transitorios de la señal de entrada que son capturados a la entrada de los biestables
Presencia de glitches
Prohibido11001110
Qt-100QtSR
’1’’1’
A
B
’0’
tp tp tpA’
.....
A B
A’ S
t0
2tp
tp
Utilizar biestables síncronos
Circuitos secuenciales asíncronos
5
CLK CLK
CLKCLK
Nivel alto Nivel bajo
Flanco de subida Flanco de bajada
Nomenclatura de la señal de reloj
Biestables tipo LATCH
Biestables tipo FLIP-FLOP
Circuitos secuenciales síncronos
6
R
S
Q
Q
S (SET) es la puesta a 1 y R (RESET) es la puesta a 0 del biestable. Si las entradas S y R están a 1 la salida valdrá 0 o 1. Si R y S son 0 no cambia el estado
0 (B.P.)1 (I.P.)
11001110
Qt-100Qt-1xxQtSRCLK
Señal de reloj (Flanco descendente)
CLK
Biestables R-S síncronos
Biestable R-S activo por flanco de bajada
Circuitos secuenciales síncronos
7
J
K
Q
Q
Resuelve el problema de la prohibición del estado R=S=1 del biestable R-S. J es la puesta a 1 y K es la puesta a 0 del biestable. Si las entradas J y K están a 1 la salida cambia su estado. Si J y K son 0 no cambia el estado
Qt-111101010
Qt-100Qt-1xxQtKJCLK
CLK
Biestables J-K
Biestable J-K activo por flanco de bajada
Circuitos secuenciales síncronos
8
J
K
Q
Q
Los dispositivos comerciales suelen disponer de unas entradas asíncronas para la puesta a cero del biestable (Clear) y para su puesta a uno (Preset)
Qt-111101010
Qt-100Qt-1xxQtKJCLK
CLK
Biestables J-K síncronos con entradas asíncronas de preset y clear
Preset
Clear Qt-111001110
Prohibido00QtClearPreset
Con Clear = Preset = ‘1’ tenemos el funcionamiento normal del biestable
Circuitos secuenciales síncronos
9
Q
La salida del biestable cambia de estado siguiendo la evolución de la señal T. El biestable T es la base de los contadores asíncronos.
CLK
Qt-11Qt-10QtT
CLK
Biestables T
T
Circuitos secuenciales síncronos
10
No existe comercialmente y se consigue con biestables tipo J–K. Si conectamos la entradas J y K y la denominamos entrada T tendremos un biestable tipo T
J
K
Q
Qt-111101010
Qt-100QtKJCLK
CLK
T
Biestables T
Circuitos secuenciales síncronos
11
Biestables D FLIP-FLOP
Pasa el valor presente en la entrada D a la salida cuando llega el flanco descendente de la entrada de reloj.
D Q
CLK
Q11
0
XD
0
Qt-1
QtCLK
Biestables D LATCH
Pasa el valor presente en la entrada D a la salida cuando tenemos un nivel alto en la entrada de sincronismo.
D Q
CLK
Q111
0
XD
01
Qt-10QtCLK
¡ Activo por nivel !
Circuitos secuenciales síncronos
12
Problema que surge cuando existe realimentación de la salida hacia la entrada del sistema cuando aún está activa la señal de reloj
Problema de las carreras
D Q
CLK
Q
’1’
Utilizar configuración master-slave
Circuitos secuenciales síncronos
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Corresponde a dos biestables (J-K ó R-S) dispuestos en serie (uno maestro y el otro esclavo). Reciben esta denominación porque el estado del biestable esclavo - una vez que el reloj de éste asi lo permite - corresponde al estado de las salidas del biestable maestro.Para eliminar finalmente los problemas de carrera se usan con configuración activos por flanco.
Biestables Maestro-Esclavo (Master-Slave)
J
K
Q1
Q1
CLK
J
K
Q1
Q2
CLK
Circuitos secuenciales síncronos
14
Las aplicaciones de los temporizadores en aplicaciones de electrónica digital son imprescindibles.
Contadores asíncronosTienen una entrada de reloj genérica y n salidas binarias que representan en cada momento el valor en binario de los pulsos que entran por la entrada de reloj. Los biestables no cambian al mismo tiempo
Divisores de frecuencia
En muchas ocasiones la frecuencia de una señal no es la requerida para la aplicación y se hace necesario dividir la misma
Temporizadores
Aplicaciones de biestables
15
Contadores asíncronos
Están basados en biestable de tipo T encadenados en cascada. Cada vez que en la entrada de un biestable tipo T aparece un flanco descendente (cambio de 1 a 0) el biestable cambia de estado
T Q T Q T Q T Q
CLK
Q1Q0 Q2 Q3
Aplicaciones de biestables
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Contadores asíncronos
Cronograma
CLK
Q0
Q1
Q2
Q3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1 1 1 1
111
11 12 13 14 15 16 1 2
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0 0 0 0 0
0 0
0 0
0 0
0
0 0 00
0
0 0
0 0
0
1
1 1 1 1
11111111
1 1 1 1
1 1
1 1
11
1 0
0
0
0
Aplicaciones de biestables
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Contadores decimales
Para construir un contador decimal, utilizaremos un contador binario de 4 bits y lo reseteamos (poner a cero) cuando entren 10 pulsos. Reseteamos el contador cuando tenemos la combinación binaria de 10 (1010)
T Q T Q T Q T Q
CLK
Q1Q0 Q2 Q3
R R R R
Aplicaciones de biestables
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Contadores decimales
CLK
Q0
Q1
Q2
Q3
8 9 10
1 1 1 1 1
00
1 2 3 4 5 6 7 8
0
0
0
0 0 00
0
0 0
1 1
0
0
0 0 1 1
000011
1
01
1 0
1
1
00 0
Reset con la combinación 1010
1
1
0
R
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKBCD
Representación en diagrama de bloques del contador
decimal (BCD)
Aplicaciones de biestables
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Contador Ascendente-Descendente
T Q T Q T Q T Q
CLK
Q1Q0 Q2 Q3
• Con un 0 contador ascendente pasa a la salida el mismo número que en la salida del biestable (salida Q)• Con un 1 contador complementa el número que tenga la salida del biestable ( salida Q (negada))
A/D
Aplicaciones de biestables
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Divisor de frecuencia
Las salidas de un contador se pueden utilizar como un divisor defrecuencia. Tal y como puede verse en el cronograma la frecuencia de salida de cada salida divide por 2 la frecuencia de la anterior
CLK
Q0
Q1
Q2
Q3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1 1 1
111
11 12 13 14 15 16
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0 0 0 0 0
0 0
0 0
0 0
0
0 0 00
0
0 0
0 0
0
1
1 1 1 1
11111111
1 1 1 1
1 1
1 1
11
1
fCLK
f0
f1
f2
f3
1nCLK
n 2ff +=
Aplicaciones de biestables
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Divisor de frecuencia
R
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKBinario
R
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKBCD
Cuando el contador es de tipo BCD la salida Q3 no cumple la regla fCLK/2n+1, sino que divide por 10 ya que cuando entran 10 pulsos se resetea
2fCLK
2CLK
2f
3CLK
2f
4CLK
2f
10fCLK
2fCLK
2CLK
2f
3CLK
2f
Aplicaciones de biestables
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Temporizador
El temporizador básico cuando detecta la combinación de temporización y efectúa un cambio de 0 a 1.
Contador
Combinacional
Pulsador deInicio de
temporización
VCC
Aplicaciones de biestables
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Temporizador Pulsador deInicio de
temporización
VCC
R
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKBCD
R
S
QCLK
Pulsador InicioQ
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Aplicaciones de biestables