1. Circuitos Secuenciales:Contadores, Registros deDesplazamiento y Circuitos deDisparo. Tutorial de Electrnica Digital

2. Introduccin En esta unidad se va a estudiar los circuitossecuenciales y el funcionamiento de los tiposms comunes de contadores y de registros dedesplazamiento y se aprendern algunas desus aplicaciones. Tambin se tratarn los circuitos de reloj, losde disparo y los disparadores de Schmitt, ascomo formas especiales de circuitossecuenciales que se usan ampliamente en elequipo digital. Tutorial de Electrnica Digital. 2 3. Objetivos1.Definir los circuitos lgicos secuenciales2.Nombrar los dos tipos ms comunes de circuitos lgicossecuenciales.3.Explicar el funcionamiento de los contadores binarios crecientes ydecrecientes.4.Explicar el funcionamiento de un contador decimal en codificacinbinaria BCD.5.Mostrar comolos contadorespuedenreponerseypre-establecerse.6.Explicar el funcionamiento de un registro de desplazamiento.7.Mostrar como los registros de desplazamiento se usan pararealizar conversiones de serie en paralelo y de paralelo en serie.8.Mostrar como los registros de deslazamiento se usan en funcinmemoria.9.Explicar el funcionamiento de los circuitos osciladores de reloj.10. Explicar el funcionamiento de un circuito monodisparo y dar un3 Tutorial de Electrnica Digital. 4. CircuitosSecuencialesBsicosTutorial de Electrnica Digital. 4 5. Circuitos SecuencialesBsicos Los circuitos secuenciales bsicos se usan principalmentepara almacenamiento y temporizacin. Un tpico circuitolgico secuencial puede recordar una palabra binaria ymanipular sus bits de tal manera que se efecten diversasoperaciones de contaje, desplazamiento, temporizacin,secuencia o retardo. El principal elemento lgico en un circuito secuencial es labscula que se combina de diversas formas, solo y conpuertas lgicas, para realizar muchos tipos diferentes deoperaciones de memoria y temporizacin. Si bien hay gran variedad de formas de concebir circuitoslgicos secuenciales, dos de ellas se repiten una y otra vezen los sistemas digitales. Las dos clases ms utilizadas sonlos contadores y los registros de desplazamiento. Lamayora de los circuitos lgicos secuenciales son de una uTutorial de Electrnica Digital. 5 6. ContadoresbinariosTutorial de Electrnica Digital. 6 7. Contadores binarios Un contador es un circuito lgico secuencial que cuentao acumula el nmero de impulsos de entrada y loalmacena como una palabra binaria. Al aplicarse los impulsos de entrada se incrementa elcontador y el nmero binario all almacenado cambiapara reflejar el de impulsos que se ha recibido. Los contadores binarios se construyen generalmentecon bsculas JK. Se interconectan de tal manera que lasalida de uno de ellos alimenta la entrada de tiempo delsiguiente.Tutorial de Electrnica Digital. 7 8. Contadores binarios En la figura se muestra un sencillo contador binario de 4 bits.Obsrvese que los impulsos de entrada que hay que contarse aplican a la bscula A. La salida normal de ste se halla conectada a la entrada dereloj (T) de la bscula B y as sucesivamente. Las entradas asncronas de borrado de los circuitos seconectan conjuntamente para formar una entrada nica dereposicin con objeto de que el contador pueda iniciarse en0000 antes de empezar la cuenta. Una entrada de 0 binarioa la lnea de reposicin borra el contador . El circuitoresultante es un contador de entradas que se producencomo una cantidad binaria de 4 bits. Tutorial de Electrnica Digital. 8 9. Contadores binarios El funcionamiento delcontador binario de 4 bitsse ilustra mejor con unatabla de verdad y undiagrama de tiempo. Si suponemos que elcontador est inicialmenterepuesto, el nmeroalmacenado al empezarser el 0000. Cada vez que el borde posterior hacia el negativo de unimpulso de entrada se presenta, el contador seincrementar. Despus del impulso nmero 1, el contador almacenarel nmero binario 0001. Despus el segundo impulso,tendr la 0010. El contenido del contador Digital. Tutorial de Electrnica indica el 9 10. Contadores binarios El siguiente cronograma de tiempo muestra los impulsos de entradaque hay que contar y las salidas que se producen en cada bscula. Borde posterior del impulso Recurdese que la bscula A almacena el bit menos significativo delnmero binario, mientras que el D almacena el ms significativo. Advirtase que el cambio de estado tiene lugar con el borde posteriorde los impulsos.Tutorial de Electrnica Digital. 10 11. Contadores binarios Supongamos que el contador ha sido inicialmenteborrado. Esto significa que la salida normal de cadabscula es inicialmente 0 binario. Cuando se presenta el borde posterior del impulso deentrada 1, la bscula A bascular o se complementar ysu salida ser el 1 binario. El contador tiene ahora elnmero 0001. Cuando se presenta el borde posterior del segundoimpulso, se vuelve a complementar la bscula A. Estavez, cuando esta bscula cambia de estado, el bordeposterior de su salida normal hace bascular la bscula B,establecindola. En este momento, el contador almacenael nmero 0010. Obsrvese esta condicin en el Tutorial de Electrnica Digital. 11cronograma de tiempos. 12. Contadores binarios Hay dos cosas importantes a sealar segn se vasiguiendo el funcionamiento del contador:1. Que con cada impulso de entrada el biestable A bscula.2. Cuando aparece el borde posterior de la salida de una de las bsculas hace bascular al siguiente biestable en forma secuencial. Sin embargo, el borde positivo (delantero) de la seal en la salida de la bscula no afecta en la entrada de la siguiente y, por ello, las bsculas slo cambian de estado con el borde posterior o negativo de los impulsos de entrada. Tutorial de Electrnica Digital. 12 13. Contadores binarios Al referirnos a los diagramas de temporizacin seadvertir que la figura ha registrado el nmero binarioalmacenado en la bscula durante cada periodo detiempo. En los intervalos entre los impulsos de entrada, elcontador contiene el nmero binario que indica el deimpulsos ocurridos. Hay que observar las salidasnormales de las bsculas para conocer la cuenta. Perotngase en consideracin que aquella slo es precisa siel contador estaba previamente repuesto reset. Enotro caso, el nmero del contador no tendra nada quever con el de los impulsos realmente aplicados.Tutorial de Electrnica Digital. 13 14. Contadores binarios Con frecuencia es deseable empezar a contar apartir de un cierto nmero. En lugar de reponer oborrar el contador, poniendo a cero, nos gustaraaplicar un cierto valor primero y empezar el contajea partir de l. Esto se logra pre-estableciendo elcontador, que consiste en poner previamente uncierto nmero. Como la operacin de reposicin, el pre-establecimiento se hace con las entradasasncronas de establecimiento set y borradoclear de las bsculas. Recurdese que en lostipos JK visto anteriormente, la aplicacinmomentnea de un 0 binario a la entrada C clearTutorial de Electrnica Digital. 14repone la bscula al 0 binario. 15. Contadores binarios Si la aplicacin del 0 binario se hace a la entrada Sset la bscula adopta el estado del 1 binario. Mediante circuitos puertas externos pueden lasbsculas establecerse set y reponerse reset paraadoptar la condicin adecuada. La siguiente figura 8-4 muestra los circuitos asociadoscon una bscula JK. Como impulso de pre-establecimiento se aplica el bit que se desea a labscula que se va a pre-establecer. Una entrada 1binario establecer la bscula, y un 0 binario lorepondr. Cuando se aplica un binario a la entrada, labscula se pre-establece automticamente al estadodeseado. Tutorial de Electrnica Digital. 15 16. Contadores binarios En el circuito previo en una bscula JK, supongamos un 1binario como entrada de pre-establecimiento. La carga de laentrada normalmente es 0. Las salidas de las puertas1 y 2 son el 1 binario, por lo queno tienen efecto en la bscula. Cuando la entrada sedesplaza al 1 binario, la salida de la puerta 1 va hacia elnivel bajo, estableciendo set la bscula. La salida baja en la puerta 1 mantiene a la de la puerta 2 ensu nivel alto, por lo que no afecta la entrada C. Tutorial de Electrnica Digital. 16 17. Contadores binarios Cuando existe un circuito de carga o pre-establecimiento asociado con cada bscula en uncontador, se le puede aplicar un determinado nmerobinario en paralelo antes de la operacin real decontaje. Con esta capacidad de pre-establecimiento puedenrealizarse mucha operaciones aritmticas especiales. Ejemplo: Con un contador de 4 bits est pre-establecido con el nmero 0011, si se le aplica ochoimpulsos el nmero de contador ser de 1011, once endecimal. El nmero binario 0011 o 3 decimal, se almacenainicialmente en el contador. Despus de ocho impulsosse ha formado el binario equivalente al 11 decimal.Tutorial de Electrnica Digital. 17 18. Contadores binarios Para obtener el nmero dado en bits en un contadorbinario slo puede representar un valor mximo ndecimal que se determina por la formula 2 1; siendo nel nmero de contadores. Esta misma relacin esaplicable a un contador binario. Dado que cada bsculadel contador representa un bit de una palabra binaria,el tamao de ella y la longitud del contador determinansu mxima capacidad de contaje. 4 Por ejemplo: En el contador de 4 bits ilustradoanteriormente se puede contar hasta un mximo de 2 1 = 15, lo que se confirma en la tabla de verdadexpuesta anteriormente.Tutorial de Electrnica Digital. 18 19. Contadores binarios Generalmente la capacidad del contador determina lamxima posibilidad de contaje necesaria. Una vez quees conocida, es posible determinar el nmero debsculas. Si dicha capacidad no es lo suficientementegrande, se presenta la condicin de desbordamientooverflow que puede dar lugar a resultadosincorrectos. Por ejemplo: Si la mxima necesidad de cuenta es de1.000 y el contador solo alcanza hasta 511, es posiblela condicin de desbordamiento. Hasta dicha cantidadse tendr una indicacin precisa del nmero deimpulsos presentados; al llegar el 512, sin embargo, elcontador volver a cero para seguir contando.Indudablemente que el contadorTutorial derepresentar elno Electrnica Digital. 19 20. Contadores binarios Recurdese que el contador puede asumir el nmero nde estados discretos indicado por la expresin 2, donden es el nmero de bsculas del circuito. Para nuestro 4contador de 4 bits, el nmero total de estados es de 2 =16. Estos 16 estados, por supuesto, son los nmerosbinarios comprendidos entre el 0 (0000) y el 15 (1111).La mxima capacidad de contaje es el nmero total deestados que pueden representarse menos uno.Tutorial de Electrnica Digital. 20 21. ContadoresDecrecientesTutorial de Electrnica Digital. 21 22. Contadores Decrecientes Los contadores que hemos descrito hasta ahora puedendesignarse como crecientes, ya que se incrementa. Esdecir, el valor binario contado es aumentado en unaunidad por cada impulso recibido. Los contadores crecientes se van incrementandosimplemente hasta alcanzar el mximo valor de cuenta.A partir de entonces, el siguiente impulso recicla elcontador a cero y comienza nuevamente la secuencia. Tambin es posible construir un contador decreciente. Sufuncionamiento es virtualmente idntico a la del creciente.Sin embargo, en cada impulso de entrada se produce undecremento en la cuenta. As pues, al presentarse unimpulso, el valor binario almacenado en el contador sereduce en una unidad. Tutorial de Electrnica Digital. 22 23. Contador Decrecientes En la siguiente figura se muestra un esquema elctricosimplificado de un contador decreciente compuesto debscula JK. La nica diferencia con el creciente es que enlugar de conectar la salida normal, es la complementaria laque enlaza las bsculas secuencialmente. Sin embargo,sigue siendo la salida normal la que se observa paradeterminar el nmero almacenado en el contador. Tutorial de Electrnica Digital. 23 24. Contador Decrecientes En la siguiente figura se muestra las formas de onda de uncontador binario decreciente. Si suponemos que todas lasbsculas estn inicialmente establecidas set, el nmero delcontador es el 1111, o el binario equivalente al 15 decimal. Amedida que aparece cada impulso de tiempo, el contador esdecrementado. Como puede verse por las formas de onda, la secuencia decontaje es 15, 14, 13, 12, etc. Cuando el proceso de reduccinllega al estado 0000, el contador se recicla a su mximo valor, elTutorial de Electrnica Digital. 241111, con la llegada del siguiente impulso de entrada. 25. Contador Decrecientes Para analizar el funcionamiento de un contadordecreciente es importante que se recuerden dos cosas:1. Que la bscula JK se accionan con el borde posterior de la seal o en la transicin del 1 al 0 binario.2. Que el basculamiento lo producelasalida complementaria de la bscula precedente.Por consiguiente, las formas de onda de salida mostradas en la anterior diapositiva no son las que disparan las bsculas en secuencia. Son, en su lugar, los complementos de tales formas de onda los que realmente basculan las bsculas. Tutorial de Electrnica Digital.25 26. Contador Decrecientes No es generalmente necesario interconectar las bsculaspara formar contadores crecientes o decrecientes, ya quese preparan completos en los circuitos integrados (IC)funcionales de integracin a Media Escala (MSI), LgicaTransistor Transistor (TTL) y en tecnologa CMOS, o enLgica de Emisor Acoplado (ECL). Un buen ejemplo se muestra en la siguiente figura: uncontador de 4 bits que puede contar en sentido crecientey decreciente. Tiene una entrada de reposicin reset ypuede restablecerse desde una fuente externa enparalelo de 4 bits. Este dispositivo en lgica TTL eintegracin a media escala MSI contiene todas lascaractersticas y posibilidades que se han consideradopreviamente en los contadores binarios. Tutorial de Electrnica Digital. 26 27. Contador Creciente/DecrecienteContador binario creciente/decreciente a media escala MSI de 4 bits. Tutorial de Electrnica Digital. 27 28. Contador Creciente/Decreciente El contador tiene cuatro bits, lo que da una mximaposibilidad de cuenta de 15. El contador est constituido por cuatro bsculas JK: A, B,C y D. Las puertas 1 a la 12 constituyen los circuitoslgicos utilizados para las operaciones de reponer y pre-establecer. Para lo primero se aplica al contador un nivelde tensin correspondiente al 1 binario en la lnea deentrada de borrado, lo que fuerza a las cuatro bsculasa adoptar el estado del 0 binario. El contador se pre-establece al aplicar un nmero binariode 4 bits a la entrada de Datos. La entrada de Datos Dcorresponde al bit ms significativo. Cuando la carga dela entrada se hace 0 binario, el nmero de entrada de 4bits se almacena en las bsculas. Tutorial de Electrnica Digital. 28 29. Contador Creciente/Decreciente Los impulsos de entrada se conectan a lacorrespondiente del contador creciente o decreciente. En lugar de una sola entrada de contaje, este contadortiene dos separadas. Para incrementar el contador, losimpulsos se aplican a la entrada ascendente, y a ladecreciente en el otro caso. Este contador cambia de estado con el borde delanterodel impulso de entrada aplicado. Posee salidas de arrastre negativo aritmtico y arrastreque se utilizan para los contadores en cascada. Variosde estos contadores pueden conectarse de esta formapara proporcionar una capacidad de contaje tan altacomo sea necesaria.Tutorial de Electrnica Digital. 29 30. Contador Creciente/Decreciente La salida de arrastre se genera en la puerta 23 queanaliza las salidas normales de las bsculas. Cuando elcontenido del contador es 1111, dicha salida de arrastreadquiere un nivel de tensin bajo. Si los contadoresestn conectados en cascada, el impulso de salida dearrastre se conecta a la entrada de contaje creciente delsiguiente contador de la secuencia. La salida de acarreo se genera en la puerta 24 queanaliza las salidas complementarias de las bsculas.Cuando el contador se ha decrementado hasta el 0000,la salida de la puerta 24 se hace 0 binario. Para conectaren cascada estos contadores decrecientes, la salida deacarreo se conecta a la entrada de contaje decreciente Tutorial de Electrnica Digital. 30del siguiente contador. 31. Contador de dcadasBCD CountersTutorial de Electrnica Digital. 31 32. Contador de dcadas BCDCounters Un contador de dcadas BCD es una forma especial decontador binario que cuenta por decenas. Lo hace desde cero (0000) hasta nueve (1001) en elcdigo estndar decimal en codificacin binaria BCD. Debido a que el contador tiene estos diez estados se usaampliamente cuando es necesario el citado cdigo paraconseguir una buena comunicacin entre el hombre y lamquina. Los contadores BCD son muy utilizados en todo tipo deequipo electrnico. Son particularmente populares en losmedidores y otros dispositivos que tienen una entrada osalida decimal. Los contadores digitales, los multimetros,constituyen un buen ejemplo. Tutorial de Electrnica Digital. 32 33. Contador de dcadas BCDCounters En la siguiente figura se muestra la secuencia de contajeestndar de un contador BCD. Como puede verse es la misma que los diez primerosestados de un tpico contador binario de 4 bits. Cuandoalcanza la cantidad de nueve, sin embargo, se recicla a cerocon el nuevo incremento. Tutorial de Electrnica Digital. 33 34. Contador de dcadas BCDCounters El nmero ms alto que puede quedar representado ennun contador de n bsculas es 2. Se necesitan cuatro3para contar hasta diez. Con tres bsculas es posiblerepresentar 2 = 8 estados, que van desde el 0000 al1111. 4 Con cuatro bsculas el nmero mximo de estados deestados es 2 = 16, siendo del 0 al 15 la cantidadmxima representable. Se necesitan, pues, cuatro bitspara constituir un contador BCD. Sin embargo, se usan circuitos especiales con lasbsculas JK para poder conseguir que el contadoropere con decenas en lugar de hacerlo con grupos de16. Tutorial de Electrnica Digital. 34 35. Contador de dcadas BCDCounters En la siguiente figura se muestra el diagrama lgico de un tpicocontador BCD en integracin a media escala MSI. Se compone decuatro bsculas JK y una puerta AND. Los cuatros biestables estnen cascada como los del tpico contador binario d 4 bits expuestoanteriormente. Obsrvese particularmente que la entrada J de las bsculas D estcontrolada por una puerta AND de dos entradas procedentes de lasentradas de las bsculas B y C.Tutorial de Electrnica Digital. 35 36. Contador de dcadas BCDCounters Prstese igualmente atencin al hecho de que la salidaD negada vuelve a la entrada J del biestable B. La puerta AND y su conexin de realimentacincontrola el funcionamiento de las bsculas de tal formaque el contaje se hace por decenasTutorial de Electrnica Digital. 36 37. Contador de dcadas BCDCounters En la siguiente figura 8-10 se muestra las formas de onda deentrada y salida del contador decimal en cdigo binario. La entrada es simplemente un tren peridico de impulsos. Lascuatro seales de salida se derivan de las salidas normales delas bsculas. El A corresponde al bit menos significativo y el D al ms Tutorial de Electrnica Digital. 37significativo, como es habitual. 38. Contador de dcadas BCDCounters Cuando el contador alcanza su mximo valor de cuenta, el 1001(9), se recicla a cero (0000) al llegar un nuevo impulso. El funcionamiento del contador en BCD, es esencialmente igualal contador binario tpico, con unas pocas excepciones. Al contar desde 0000 hasta 0111 acta como el binario; sinembargo, cuando llega el octavo impulso suceden algunascosas especiales. Cuando la bscula se establece set inicialmente, creando elestado 1000, su estado D negado se hace 0 binario, forzando laentrada J de la bscula B a un nivel bajo de tensin. Estoimpide que se establezca la siguiente vez que reciba unaentrada procedente de la bscula A. Al presentarse el noveno impulso, se establece dicha bscula,creando el estado 1001. En este momento, las bsculas B y Cse reponen reset. Por consiguiente, la salida de la puerta ANDque controla la entrada J a la bscula Dde Electrnica Digital. Tutorial es el 0 binario. Esto38 39. Contador de dcadas BCDCounters Al aplicarse el dcimo impulso de entrada se repone labscula A. El borde posterior de la seal de salida deesta bscula hace que se reponga reset el biestable D.Ordinariamente dicho borde posterior cambiara el estadode la bscula B, pero la salida D negada mantiene laentrada J en su nivel bajo. Por consiguiente, impide quedicha bscula se establezca set. El resultado es que aldcimo impulso se repone el contador en 0000. Resulta un buen ejercicio verificar el estado de cadabscula con cada impulso de entrada del contador BCDsise desea comprenderperfectamente sufuncionamiento. Mediante el diagrama lgico y las formade onda no habr dificultad para conseguirlo. Tutorial de Electrnica Digital. 39 40. Contador de dcadas BCDCounters Existe una gran variedad de diferentes contadores BCDcon circuitos integrados MSI. Los hay de contaje decreciente desde 1001 hasta0000. Tambinpuedenlograrsecombinaciones decontadores BCD crecientes y decrecientes. Algunos delos ms elaborados circuitos integrados contienencircuitos para preestablecer un valor en el contador ascomo para reponerlo a cero. La mayora de los contadores BCD pueden montarseen cascada de formaque acomoden valoressuperiores a 9. Tutorial de Electrnica Digital. 40 41. Contador de dcadas BCDCounters Mediante esta modalidad de conexin en cascadapuede representarse cualquier valor decimal. Para ello,se necesita un contador BCD para cada dgito de losnmeros con varios dgitos. Algunos de estoscontadores BCD en circuitos integrados LSI (bajaescala de integracin) contienen de cuatro a seisdcada, e incluso ms. En la siguiente figura se muestra tres contadores BCDen cascada. El contador BCD de entrada representa laposicin de las unidades, el segundo la de las decenasy el tercero la de las centenas. Con este contador sepueden acomodar valores desde 000 hasta 999.Tutorial de Electrnica Digital. 41 42. Contador de dcadas BCDCounters Obsrvese las salidas del contador BCD. El contador deunidades o de entrada almacena el nmero 0101. El dedecenas tiene 0010 y el de las centenas el 1000. Como resultado, la combinacin en cascada contiene elvalor decimal 825. Verifquelo usted mismo observando lafigura 8-11. Tutorial de Electrnica Digital. 42 43. Contador de dcadas BCDCounters Para almacenar el nmero 374 en el contador BCD dela figura anterior, las salidas DCBA de cada contadorsern: 0011 0111 0100. Como cualquier otro contador, los contadores BCDpueden usarse como divisores de frecuencias. Un contador BCD genera un impulso de salida por cadadiez de entrada. Por consiguiente estos contadores BCD son tambindivisores por 10. Si se aplica una seal de 200 KHz, a la salida delmultivibrador D, el bit ms significativo, tendr unafrecuencia que ser un dcimo de la entrada: 200 / 10 =20 KHz. Tutorial de Electrnica Digital. 43 44. Contador de dcadas BCDCounters El montaje en cascada de los contadores BCD permitemagnitudes mayores de divisin de frecuencias. Dos contadores BCD dividen por 100. El de tres dgitos de la figura anterior divide por 1000.nLa magnitud del divisor viene determinada por 10 ,donde n es el nmero de contadores BCD montadosen cascada. Ejemplos: 3 Tres contadores dividen por 10 = 1000. Si se tiene cuatro contadores BCD en cascada y lafrecuencia de entrada es de 5 MHz la salida ser 5004Hz. 5 MHz = 5.000.000 Hz. Cuatro contadores BCDdividen por 10 = 10.000; es decir: 5.000.000 /10.000= 500 Hz. Tutorial de Electrnica Digital. 44 45. Contador de dcadas BCDCounters Una de las caractersticas ms importantes de uncontador binario o contador BCD es su velocidad decontaje, que viene determinada por la frecuencia. Todos los contadores en circuitos integrados tienen unlimite superior de contaje. Los tpicos con TTL puedenalcanzar velocidades de hasta 50 MHz. Los contadoresSchottky alcanzan hasta 125 MHz, Los ECL lleganhasta 1 GHz, y los de tecnologa Metal-Oxido-Semiconductor Complementaria CMOS tiene un lmiteaproximado de 20 MHz.Tutorial de Electrnica Digital. 45 46. Registradores deDesplazamientoShift RegistersTutorial de Electrnica Digital. 46 47. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters Otra forma muy usada de circuito secuencial es elregistro de desplazamiento. Como otros circuitos deeste tipo, est constituido con bsculas JK, por lo quepueden almacenar una palabra binaria. Los registros de desplazamiento son capaces de actuarcomo almacn temporal de memoria al transferirinformacin de un lugar a otro en varios formatos. En la siguiente figura se muestra un registro dedesplazamiento de 4 bits con bscula JK. Obsrvese que la salida normal y complementariaestn conectadas a las entradas J y K del siguientebiestable. Tutorial de Electrnica Digital. 47 48. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters La entrada nica acepta datos en serie de una fuenteexterna. Aprciese igualmente que todas las lneas de reloj(T) estn conectadas entre s para formar una entrada decambio. Todas las bsculas estn accionadas simultneamente poruna seal de reloj. Cuando esta seal de reloj se presentalos datos albergados en cada bscula se transfieren alsiguiente en la cadena. Tutorial de Electrnica Digital. 48 49. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters Poniendo un ejemplo al registro de desplazamientoanterior, si se carga un bit externo en el biestable A, elalmacenado en A pasa al biestable B, el de B pasa al Cy el de C se transfiere al D. El efecto es desplazar lapalabra binaria del registro una posicin hacia laderecha por cada impulso de reloj. La siguiente figura proporciona una mejor ilustracin decmo funciona un registro de desplazamiento. Estarepresentacin corresponde a un diagrama bloquesimplificado de un registro de 4 bits, donde cadacuadrado figura una de las bsculas. Tutorial de Electrnica Digital. 49 50. Registradores de Desplazamiento Shift Registersregistro deLa entrada aldesplazamiento se conecta a un0 binario. Cuando se presentacuatro impulsos de reloj, puedeobservarse que el nmerobinario almacenado en el registrose ha ido desplazando un bithacia la derecha con cada unode tales impulsos. Al mismotiempo han entrado cerosbinarios. Al fin de los cuatroimpulsos ha desaparecido elnmero de 4 bits almacenado enel registro y ste slo contieneceros. Como puede observarse,la salida de la bscula D es unapalabra de datos en serie, cual Tutorial de Electrnica Digital. 50 51. Registradores de Desplazamiento Shift Registersse ilustraEn esta otra figuracmo se carga un nmerobinario en un registro dedesplazamiento. Supongamosque su contenido esinicialmente cero y que a suentrada se conecta una fuentede datos binarios en serie. Amedidaque sevanproduciendo los impulsos dereloj se van cargando los datosbinarios uno cada vez. Al finalde los cuatro impulsos delreloj, la palabra binaria se hallacontenida en el registro dedesplazamiento. Tutorial de Electrnica Digital. 51 52. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters Estos ejemplos ilustran claramente que la funcinprincipal del registro es la de manipular datos binario enserie. Puede servir para generar una palabra binaria enserie o aceptar y albergar las de este tipo. La principal aplicacin de un registro dedesplazamiento es la conversin de datos de unformato a otro: pasar datos en serie a paralelo oviceversa. En la siguiente figura se ilustra el paso de datos enserie a paralelo. Se introduce una palabra en serie dela que se puede hacer uso en paralelo en las salidasnormales de los biestables. Tutorial de Electrnica Digital. 52 53. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters En la figura B se representa la conversin de paralelo a serie. Se pre-establece primeramente una palabra binaria en las bsculas delregistro de desplazamiento a partir de una fuenteen paralelo.A continuacin se aplica los impulsos de reloj y la palabra es transferida a razn de un bit con cada impulso en el formato serie. Obsrvese que la salida de datos se toma del biestable de la Tutorial de Electrnica Digital. 53 54. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters De igual forma que los contadores, los registros dedesplazamiento existen en circuitos integrados MSI. Se pueden conseguir registros de 4 y 8 bits en TTL, enCMOS y en ECL. Muchos de ellos tienen unos circuitosprevios que permiten la carga con una palabra de datosen paralelo. Algunos tambin disponen de una entradade borrado. La frecuencia de la seal de reloj alcanza los 50 MHz. Igualmente puede disponerse de una forma especial deregistro que permite el desplazamiento de los datos enambas direcciones: izquierda /derecha, y que sedesigna registro de desplazamiento izquierda/derecha.Estos dispositivos pueden manejar los datos demltiples formas.Tutorial de Electrnica Digital. 54 55. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters de desplazamiento en integracin a granTambin hay registrosescala LSI con circuitos MOS. La mayora de ellos son capacesde almacenar millares de bits. Tales registros se usan comomemorias donde es posible acoger mltiples palabras binarias.Considrese, por ejemplo, un registro de desplazamiento de256 bits. Supongamos que la palabra con la que estamostrabajando tiene una longitud de ocho bits. Se pueden recoger256 / 8 = 32 palabras completas de ocho bits. Tal comomuestra la figura la entrada y salida estn en serie. Tutorial de Electrnica Digital. 55 56. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters cuatro bits; 256 /4 = 64. Dado que losLos dgitos BCD tieneregistros de desplazamiento de gran longitud como los citadosse usan como memorias, es fundamental que no se pierdan losdatos a introducirse. Como se vio en los ejemplos anteriores,cuando una palabra binaria se desplaza para salir del registro,se pierde efectivamente. Este problema puede resolversehaciendo re-circular simplemente los datos en el registro. Ellose hace sencillamente conectando la salida del registro a suentrada, tal como se muestra en la figura 8-17, los datos estncirculando constantemente al aplicarse los impulsos de reloj. Tutorial de Electrnica Digital. 56 57. Registradores deDesplazamiento ShiftRegistersPara permitir la recirculacin y la entrada de datos se empleangeneralmente circuitos puerta especiales a la entrada de losregistros de desplazamiento, tal como se muestra en la figura8-18. Con la lnea de control en la posicin 0 binario se inhibe lapuerta 2 y se ignoran los datos en serie de la fuente externa, ala vez que se habilita la puerta 1. Al aplicarse los impulsos del reloj, los datos de salida pasan porlas puertas 1 y 3 realimentando la entrada del registro.Tutorial de Electrnica Digital. 57 58. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters Si la lnea de control esten 1 binario, la puerta 1se inhibe y se impide larecirculacin. Con ellosse permite la carga denuevos datosprocedentesdeunafuente externa. Paraencontrarunadeterminada palabra enla memoria de unregistro en serie se usaunesquema dedireccionado. Tutorial de Electrnica Digital. 58 59. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters Para conocer el nmero de bits y octetos se usan doscontadores binarios. El impulso de reloj se aplica al registrode desplazamiento y simultneamente a un contador de 3 3bits que cuenta en grupos de 8 ( 2 = 8 ) y a uno de 5 bits5que cuenta por 32 ( 2 = 32). Esto se ilustra en la figura 8-19. El contador de 3 bits, alque se denomina contador de bits, cuenta el nmero deellos en una palabra. Cuando se ha contado ocho impulsosde reloj se indica que se han desplazado ocho dgitos. El contador de bits activa a su vez al contador depalabra. Por cada ocho impulsos se incrementa elcontador ltimamente citado y cuando lo ha hecho 32vecesse recicla tambin, indicando que se handesplazado 32 palabras de ocho bits.Tutorial de Electrnica Digital. 59 60. Registradores deDesplazamiento ShiftRegisters La salida del contador de palabras es la direccin dondese halla almacenada una determinada palabra binaria. Los 32 octetos almacenados en el registro dedesplazamiento se designan como las palabras 0 (00000)hasta la 31 (11111). Supngase que los dos contadoresde la figura 8-19 estn inicialmente repuestos reset. Ladireccin entonces es 00000. Esto significa que lapalabra 0 est lista para ser recogida. Cuando ocurrenocho impulsos de reloj, la palabra ha sido desplazadacompletamente. Al final de estos ochos impulsos, elcontador de palabras se incrementa una vez, haciendo ladireccin igual a 00001. Ahora est sealando la palabra1, la que est en disposicin de ser extrada.Tutorial de Electrnica Digital. 60 61. Circuitos reloj y deun solo disparoTutorial de Electrnica Digital. 61 62. Circuitos reloj y de un solodisparo Los circuitos de reloj y de un solo disparo sonelementos digitales que se utilizan en las aplicacionessecuenciales. Un circuito reloj es un generador de impulsos queproduce un tren de ondas peridicas para activar otroscircuitos secuenciales como contadores y registros. Virtualmente todos los circuitos digitales requieren unafuente estable de impulsos en forma de onda cuadradapara iniciar y temporizar todas las operaciones. El circuito reloj es la fuente que genera estos impulsos.Tutorial de Electrnica Digital. 62 63. Circuitos reloj y de un solodisparo Un circuito reloj es un oscilador que, por supuesto,genera seales. El oscilador de reloj ms generalizadoes un multivibrador astable que se construye coninversores TTL o puertas lgicas conectas como talesinversores. Ver la figura 8-20.Tutorial de Electrnica Digital. 63 64. Circuitos reloj y de un solodisparo Los inversores se conectan entre s a travs decondensadores. Las resistencias polarizan a losinversores en la parte lineal de su caractersticas. Alcargarse y descargarse los condensadores a travs deestas resistencia, el circuito genera una onda cuadradacontinua. La frecuencia de la oscilacin viene determinada porlos valores de R y C. La mayora de los osciladores con TTL producenfrecuencias comprendidas entre 1 y 10 MHz. Se emplea otro inversor para aislar el circuito osciladorde la carga con objeto de mejorar la estabilidad defrecuencia y hacer que la forma de onda de salida seauna onda cuadrada limpia. Tutorial de Electrnica Digital. 64 65. Circuitos reloj y de un solodisparo La frecuencia de oscilacin de un oscilador astable noes particularmente precisa ni estable. Los valores de Ry C determinan la frecuencia real, que puede variardentro de un amplio campo debido a la tolerancia delos componentes. Las variaciones de temperatura y de tensin tambinhacen cambiar la frecuencia. Si bien en aplicaciones nocrticas pueden tolerarse alguna inestabilidad, hay otrasfunciones que requieren una frecuencia precisa. En algn equipo digital el reloj proporciona la fuente dereferencia precisa y estable que asegura unatemporizacin exacta de las operaciones digitales.Tutorial de Electrnica Digital. 65 66. Circuitos reloj y de un solodisparo La precisin se puede lograr con un oscilador de cristalde cuarzo que establece una precisa frecuencia delreloj. Su relativa insensibilidad a las variaciones detemperatura y tensin asegura una frecuencia estable. En la siguiente figura 8-21se muestra un osciladorastable con cristal de cuarzo. Este componentesustituye uno de los condensadores.Tutorial de Electrnica Digital. 66 67. Circuitos reloj y de un solodisparo Las resistencias polarizan los inversores para la adecuadaoscilacin que viene determinada estrictamente por elcristal. El campo tpico de frecuencias es de 1 a 10 MHz. Supongamos que el circuito de la figura 8-21 contiene uncristal de 1 MHz. La seal de salida ser una ondacuadrada de esa frecuencia, como se muestra en lasiguiente figura 8-22. El intervalo de tiempo entre impulsos es el periodo (T),que es reciproco de la frecuencia (f). T = 1 / f Tutorial de Electrnica Digital. 67 68. Circuitos reloj y de un solodisparopuede medirse entre los bordes delanteros o El periodotraseros de la seal. Con una frecuencia de 1 MHz, el periodo es: 11T== = 0,000001 segundo, o 1 microsegundo(s)f 1.000.000Una frecuencia de reloj de 1 MHz crea un intervalo detiempo de un microsegundo (1s). Tambin se puede determinar la frecuencia si seconoce el periodo ya que ambas magnitudes sonreciprocas. Por ejemplo, si el periodo (T) es de 5 microsegundos, lafrecuencia (f) es: 11 f= == 200.000 Hz o 200 KHz.T 0,000005Tutorial de Electrnica Digital. 68 69. Circuitos reloj y de un solodisparo secuencial ampliamente utilizado es el de Otro circuitoun solo disparo os. Genera un impulso de salida deduracin fija cada vez que recibe una seal en laentrada y est constituido por un multivibradormonoestable. Cada vez que el circuito se activa seproduce un impulso aislado de salida. En la siguiente figura 8-23 se muestra el diagramabloque simplificado de un circuito integrado de un solodisparo. Tutorial de Electrnica Digital. 69 70. Circuitos reloj y de un solodisparo Este circuito de solo un disparo, tiene una entrada y las salidas normaly complementaria. La duracin del impulso de salida se determina por los valores de laresistencia R y el condensador C externos. Se genera un solo impulso de salida con el borde posterior (hacianegativo) de la seal de entrada. La siguiente figura 8-24 se representa las formas de onda tpicas deentrada y salida. La duracin del impulso de salida es t y puede variarentre unos pocos nanosegundos y varios segundos. Tutorial de Electrnica Digital. 70 71. Circuitos reloj y de un solodisparo Los circuitos de disparo seutilizan siempre que seprecisa un impulso de unadeterminadaduracin,aunque con ms frecuenciasirven paragenerarretardos. En algunas aplicacionesdigitales esnecesarioretrasar una seal digitalcon respecto a otra. En la siguiente figura 8-25se muestra como puederetardarse un impulso. Tutorial de Electrnica Digital. 71 72. Circuitos reloj y de un solodisparo La seal que ha de retrasarse se emplea para accionarel circuito de disparo OS1. El impulso de salida de este disparador activa a su vezel OS2. El primero de los circuitos establece el tiempo de retardomientras que el segundo sirve para regenerar el impulsode entrada. El efecto total es que la seal de entrada quedaretardada en un tiempo igual a la duracin del impulsogenerado por el primero de los circuitos de disparo. Estos circuitos de disparo son frecuentementeempleados en una variedad de operaciones detemporizacin y secuenciado. Si se conectan en cascadase pueden conseguir toda clase de funciones Tutorial de Electrnica Digital. 72secuenciales y de retardo. 73. Resumen de laUnidadTutorial de Electrnica Digital. 73 74. Resumen de la Unidad Un circuito lgico que puede almacenar una palabrabinaria y realiza operaciones de temporizacin sedenomina circuito lgico secuencial. El principal elemento de un circuito lgico secuencial esuna bscula o biestable. Los dos tipos ms comunes de circuitos lgicossecuenciales de los sistemas digitales son loscontadores y los registros de desplazamiento. Un contador registra el nmero de impulsos deentrada que le llegan y lo conserva como una palabrabinaria. Los contadores binarios se construyen generalmentecon bsculas del tipo JK. Tutorial de Electrnica Digital. 74 75. Resumen de la Unidad La reposicin o reset del contador hace que lassalidas de las bsculas sea 0000. Despus de la aplicacin de doce impulsos el contadoralmacena el nmero binario1100. El nmero almacenado en el contador se determinaobservando las salidas de las bsculas. Las bsculas slo cambian de estado con el bordeposterior o negativo de los impulsos de entrada. Antes de poder ser contados los impulsos, la mayorade los contadores binarios han de ser repuestosreset. La aplicacin de un nmero especifico en un contadorantes de hacerlo funcionar Tutorial de Electrnica Digital. pre- se denomina 75 76. Resumen de la Unidad La bscula se pre-establece (preset) cuando la decarga de entrada se hace el 1 binario. Un contador binario de 4 bits est pre-establecido conel nmero binario 0011, 3 en decimal. Si se le aplicaocho impulsos el nmero del contador ser: 1011 = 11decimal. 3 Un contador binario de 3 bits tiene una capacidadmxima de contaje de 2 - 1 = 7. Si la capacidad de cuenta en el contador no es de lamagnitud necesaria, se presentar la condicin dedesbordamiento.5 El nmero mayor de estados que pueden representarseen un contador con cinco bsculas es de 2 -1 = 32 -1Tutorial de Electrnica Digital. 76 77. Resumen de la Unidad Con cada impulso de entrada de un contador creciente,el valor de cuenta se incrementa. Los impulsos de entrada hacen que un contadordecreciente se decremente. En un contador binario decreciente las entradas detiempo de las bsculas JK son activadas por la salidacomplementaria del biestable precedente. El nmero binario almacenado en un contadordecreciente es el 1011, once en decimal. Si se leaplica tres impulsos de reloj, el nuevo valor delcontador pasa a ser el 1000, ocho en decimal; 11-3 = 8. Tutorial de Electrnica Digital. 77 78. Resumen de la Unidad Para pre-establecer el contador se aplica un 0 binarioa la entrada de carga. El contador se puede bascular, segn suscaractersticas, con el borde delantero el que vahacia el positivo o con el borde posterior el que vahacia el negativo. Para lograr una capacidad de contaje de 4.095, se 12utilizan tres contadores de integracin a mediaescala MSI. Tres contadores contienen 4 x3 = 12bsculas, y 2 1 = 4.095. Tutorial de Electrnica Digital. 78 79. Resumen de la Unidad Un contador BCD tambin se denomina contador dedcadas o de modulo 10. Un contador BCD contiene cuatro biestables. Un contador BCD decreciente se preestableceinicialmente en 1000. Se aplica a la entrada un impulso,el estado del contador ser de 0111. Para contar un valor mximo de 9999 se precisaconectar en cascada cuatro contadores BCD. La salida de un contador BCD es de 75 KHz, la entradaser de 750 KHz.; 75 x 10 = 750. Un registro de desplazamiento puede almacenar datosbinarios. Tutorial de Electrnica Digital. 79 80. Resumen de la Unidad Los datos en el registro de desplazamiento se muevenuna posicin a la derecha cuando se presenta unimpulso de reloj. Los registros de desplazamiento se usan para generary almacenar datos binarios en serie. La palabra entrada en serie queda disponible enparalelo despus del nmero de impulsos de reloj. A medida que va saliendo la palabra binaria, vaentrando, para ocupar el espacio de los respectivosbits, ceros binarios. Un registro de desplazamiento que pueda mover losdatos en ambas direcciones se denomina registroizquierda/derecha. Tutorial de Electrnica Digital. 80 81. Resumen de la Unidad Un registro de desplazamiento de 256 bits puedealmacenar 64 dgitos decimales en codificacin binarioBCD. Los datos pueden ser retenidos en el registro a medidaque son desplazados hacia fuera mediante un procesode recirculacin. Los contadores de bits y de palabras son repuestosoriginalmente, entonces si se producen 128 impulsosde reloj se obtiene una direccin de 10000. Un circuito de reloj genera un tren peridico deimpulsos. Los valores de la resistencia y los condensadores del Tutorial de Electrnica Digital. 81 82. Resumen de la Unidad Para conseguir un oscilador preciso y estable se utilizaun cristal de cuarzo. La frecuencia de funcionamiento viene establecida porel cristal. Una frecuencia de reloj de 2 MHz produce un periodode 500 nanosegundos. T=1/2.000.000 = 0,000005segundos, o 0,5 microsegundos o 500 nanosegundos. Un multivibrador monoestable o circuito de un disparogenera un impulso de salida cada vez que es activado. La aplicacin principal de los circuitos de disparo esproducir un retardo.Tutorial de Electrnica Digital. 82 83. Preguntas deAutoevaluacinTutorial de Electrnica Digital. 83 84. Responda a las 10 preguntas siguientes.Pulse en la alternativa que crea que es lacorrecta. 1. Un circuito que indica el nmero deimpulsos de entrada expresado enuna cantidad binaria se denomina:1. Bscula.2. Biestable.3. Contador.4. Registro de desplazamiento.Tutorial de Electrnica Digital. 84 85. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 2. La mxima capacidad de contaje deun contador binario de 6 bits es:1. 24.2. 48.3. 54.4. 63Tutorial de Electrnica Digital. 85 86. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 3. Un contador decreciente de 4 bitscontiene el nmero 1101. Cuantosimpulsos se requieren para lograr unacuenta de 0110 ?1. Cinco.2. Seis.3. Siete.4. Trece.Tutorial de Electrnica Digital. 86 87. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 4. El nmero mximo que puedeaparecer en un contador BCD es:1. 01102. 10013. 10104. 1111Tutorial de Electrnica Digital. 87 88. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 5. El contador BCD se denominatambin:1. De set.2. De realimentacin.3. De dcadas.4. De desplazamiento.Tutorial de Electrnica Digital. 88 89. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en la alternativa que crea que es la correcta. 6. La salida del divisor de frecuenciasde la figura es de:1. 60 kHz.2. 100 kHz.3. 300 kHz.4. 600 kHz.48MHzTutorial de Electrnica Digital. 89 90. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 7. Un registro de desplazamiento de 8bits contiene el nmero 10101110. Laentrada se conecta al 1 binario.Despus de tres impulsos de reloj elregistro contendr el:1. 10101111.2. 10110101.3. 11110101.4. 11111010.Tutorial de Electrnica Digital. 90 91. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 8. Para realizar una conversin deparalelo a serie, un registro dedesplazamiento debe ser primero:1. Desplazado cuatro veces.2. Cargado en serie.3. Repuesto reset.4. Pre-establecido set. Tutorial de Electrnica Digital. 91 92. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 9. Un circuito que genera los impulsosperidicos necesarios para el controlde las operaciones en un circuitolgico se denomina:1. Circuito de cristal XT.2. Circuito de reloj.3. Circuito de retardo.4. Circuito de realimentacin.Tutorial de Electrnica Digital. 92 93. Responda a la siguiente pregunta. Pulse en laalternativa que crea que es la correcta. 10. Un multivibrador monoestable seusa frecuentemente para hacer queun impulso de entrada se produzcaalgn tiempo ms tarde. A estecircuito se le denomina:1. Circuito de desplazamiento.2. Circuito de retardo.3. Circuito de direccionamiento.4. Circuito de establecimiento.Tutorial de Electrnica Digital. 93 94. Fin de lapresentacinTutorial de Electrnica Digital. 94 95. La Repuesta no es la correcta.Vuelva a intentarlo de nuevo.Volver Tutorial de Electrnica Digital. 95 96. OK. La repuesta escorrecta. Siguiente pregunta. Tutorial de Electrnica Digital. 96 97. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo denuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 97 98. OK. La repuesta es correcta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 98 99. La Repuesta no es la correcta.Vuelva a intentarlo de nuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 99 100. OK. La repuesta escorrecta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 100 101. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo denuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 101 102. OK. La repuesta es correcta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 102 103. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo denuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 103 104. OK. La repuesta es correcta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 104 105. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo denuevo.Volver Tutorial de Electrnica Digital. 105 106. OK. La repuesta es correcta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 106 107. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo denuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 107 108. OK. La repuesta es correcta. Siguiente pregunta. Tutorial de Electrnica Digital. 108 109. La Repuesta no es la correcta.Vuelva a intentarlo de nuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 109 110. OK. La repuesta es correcta. Siguiente pregunta. Tutorial de Electrnica Digital. 110 111. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo de nuevo.Volver Tutorial de Electrnica Digital. 111 112. OK. La repuesta es correcta.Siguientepregunta.Tutorial de Electrnica Digital. 112 113. La Repuesta no es lacorrecta. Vuelva a intentarlo de nuevo. VolverTutorial de Electrnica Digital. 113 114. OK. La repuesta es correcta. Fin del cuestionario y Fin de la presentacin. Tutorial de Electrnica Digital. 114