Curso de Doctorad0

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BLOQUES SECUENCIALES SSI Y MSI
Preparado por Manuel Rico Secades Utilizada
información preparada por los profesores D. José
Marcos Alonso Álvarez D. Juan Díaz Gonzalez
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
Estructura genérica de un circuito secuencial
Entradas
Circuito Combinacional de Salida
Salidas
Circuito Combinacional de Entrada
Estado Interno
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
Necesidad del reloj (Clock)
Es preciso tener en cuenta que las señales que
van a a ir a un circuito secuencial proceden de
puertas, de otros circuitos combinacionales,
incluso del mismo circuito secuencial por tanto
no vamos a tener las señales con el valor
definitivo en el mismo instante de tiempo
A B
Circuito secuencial
El objetivo del reloj (Clock) es esperar por el
mas lento, de forma que las señales se lean
cuando TODAS esten actualizadas
Transitorios
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Circuitos Secuénciales
Un ejemplo de realización de un reloj con el
inversor SCHMITT-TRIGGER, o inversor con
histéresis
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
El reloj (Clock) en un circuito secuencial puede
trabajar 1.- Por nivel......El circuito actúa
sólo en el nivel activo (p.e. alto) 2.- Por
flanco.....El circuito actúa en los flancos de la
señal de reloj (subida o bajada) 3.- Por pulso o
maestro-esclavo (pulse triggered o
master-slave).............El circuito captura la
señal a la entrada durante el nivel activo alto y
la repercute a la salida en el nivel activo bajo
Nivel alto
Flanco de subida
Flanco de bajada
Nivel bajo
Pulso
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Circuitos Secuénciales
Nomenclatura para la señal de reloj
Nivel alto
Nivel bajo
CLK
CLK
Flanco de bajada
Flanco de subida (ó pulso)
CLK
CLK
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Circuitos Secuénciales
En función de que los circuitos secuénciales
estén sincronizados por un reloj o no se
clasifican en Circuitos Secuénciales
asíncronos Circuitos Secuénciales síncronos
Hoy día todos los circuitos complejos
secuénciales son síncronos. Solo pequeños
circuitos secuénciales son asíncronos.
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Circuitos Secuenciales
El circuito secuencial mas básico es el biestable
(Flip-Flop). Solo tiene un estado interno (Q)
que coincide con la salida. Los biestables son
las celdas básicas de memoria para construir
circuitos secuenciales de mayor entidad.
Biestables Dos entradas RS (puede ser síncrono o
asíncrono) JK (solo tiene sentido síncrono) Una
entrada D o Latch (Solo tiene sentido
síncrono) Ninguna entrada T (Solo tiene sentido
síncrono)
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Circuitos Secuenciales
Biestable RS
R
R
QT?T
Circuito Combinacional
Q
S
S
QT
Forma simplificada
R S Q 0 0
Q 0 1 1 1
0 0 1 1 tbd
R S QT QT?T 0
0 0 0 0 0
1 1 0 1 x
1 1 0 x
0 1 1 x tbd
Conserva pone a 1 pone a o sin
definir (Borrado prioritario o inserción
prioritaria
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Circuitos Secuenciales
Biestable RS
R
S
Q
Q
S
R
Borrado prioritaria
Inscripción prioritaria
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Circuitos Secuenciales
Biestable RS sincrono
R
Q
S
CLK
Flanco de subida
Flanco de bajada
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Circuitos Secuenciales
Biestable RS sincrono
Master-Slave Pulse Triggered
Cuidado aunque parece igual que el flanco de
bajada el comportamiento no es exactamente el
mismo !!!! Ilustrar con un ejemplo
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Circuitos Secuénciales
Los biestables síncronos pueden tener entradas
asíncronas. Normalmente una puesta a cero
("Clear"), una puesta a uno ("Preset")
P
C
Preset
Clear
R
R
Q
Q
S
S
CLK
CLK
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Circuitos Secuenciales
Biestable JK parecido al RS incorpora la
entrada 11 (cambia el estado de la salida). Por
esta causa tiene que ser obligatoriamente síncrono
R S
P
C
K J Q 0 0
Q 0 1 1 1
0 0 1 1 Q
K
Conserva
Q
Borra
J
CLK
Pone a 1
Cambia
Nota Algunas veces las entradas asincronas
Preset y Clear se llaman Reset y Set como en el
RS. Tener cuidado, puede resultar un poco
confuso.
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Circuitos Secuénciales
El biestable JK que tenemos el kit de prácticas
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Circuitos Secuénciales
Biestable D
P
C
Copia a la salida el valor de la entrada y la
retiene.
D
Q
D Q D D
CLK
Realmente es un bit de memoria. Solo tiene
sentido síncrono
Cuando el reloj es activo por nivel, se le conoce
como biestable LATCH
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
Biestable T La salida cambia a cada ciclo de
reloj
P
C
Q
CLK
Q Q
El biestable T es la base de los contadores
digitales y todas sus aplicaciones. Algunas
veces, Se cambia el texto CLK por el texto T para
facilitar su identificación
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Circuitos Secuénciales
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Circuitos Secuénciales
Una vez que se conoce el número de estados
internos necesarios, se puede diseñar cualquier
circuito secuencial utilizando cualquier tipo de
biestables (excepto el T). Por ejemplo. Se
puede hacer cualquier biestable utilizando
cualquier otro.
P
C
J
D
Q
K
Circuito Combinac.
CLK
Nota Por supuesto con biestables RS asíncronos
se pueden diseñar circuitos secuénciales
asincronos.
Ejemplo. Plantear y resolver en clase
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Circuitos Secuénciales
Ejemplo de síntesis hacer un contador que cuente
en código GRAY
P
C
D3
D
Q
G3
G0
CLK
P
C
G1
D2
D
Q
G2
CLK
Circuito Combinacional
P
C
G2
D1
D
Q
G1
CLK
P
C
G3
D0
G0
D
Q
CLK
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Circuitos Secuénciales
Por un método similar se pueden hacer contadores
binarios, ascendentes, descendentes, solo pare,
solo impares, etc
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Circuitos Secuénciales
Utilizando como base los biestables se realizan
bloque secuénciales de mayor complejidad. Contad
ores Divisores de frecuencia Temporizadores
digitales Registros Conversiones serie-paralelo y
paralelo-serie Rotaciones (multiplicaciones y
divisiones por 2)
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Circuitos Secuénciales Contadores
Los contadores son sin duda el bloque MSI
derivado de los biestables de mayor importancia.
Clasificación de los contadores
Tipo de cambio a la salida Asíncronos Síncronos
Forma de la cuenta Ascendentes Descendentes
Prestaciones adicionales Puesta a cero Puesta a
máximo Precarga
Tipo de código Binario BCD Gray De 0 hasta 5 De 0
hasta 11 Pares Impares
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Circuitos Secuénciales Contadores
Hoy día los contadores son síncronos y se diseñan
utilizando la metodología general
P
C
Entrada de pulsos
Ds3
D
Q
D3
D0
CLK
Contador N bits
CLK
P
C
D0
DN-1
D1
Ds2
D
Q
D2
CLK
Circuito Combinacional
El diseño se puede hacer con biestables JK
P
C
D2
Ds1
D
Q
D1
CLK
P
C
D3
Ds0
D0
D
Q
CLK
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Circuitos Secuénciales Contador binario síncrono
con JK
Se pueden realizar con cualquier tipo de
biestable utilizando la metodología general.
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Circuitos Secuénciales Otro ejemplo Contadores
de 0 hasta 5
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Circuitos Secuénciales Contadores
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Circuitos Secuénciales Contadores Asíncronos
(cadenas de biestables T)
El tema tiene hoy día mas importancia para
enlazar contadores comerciales (ver los ejemplos)
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Circuitos Secuénciales Contadores asíncronos
Nota También se puede invertir la señal de reloj
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Circuitos Secuénciales Contadores
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Circuitos Secuénciales Contadores
Contador de kit de prácticas
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Circuitos Secuénciales Divisores de frecuencia
Nota Los divisores de frecuencia múltiplos de
2 (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256,...) se obtienen
directamente.
Reloj (F)
CLK
Contador N bits
D0 D1
DN-1
F/2
F/4
F/2N
F
F/4
4
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Circuitos Secuénciales Divisores de frecuencia
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Circuitos Secuénciales Divisores de frecuencia
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Circuitos Secuénciales Temporizadores
Dato inicial (TM)
Inicio
Precarga
PL
Salida
Temporizador tiempo TM
Inicio
Contador descendente
Reloj
CLK
Inicio
Detector de cero
Salida
S
Salida
Q
R
TM
tiempo
Nota Para parar/arrancar la cuenta se debe
actuar sobre el Reloj
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Circuitos Secuénciales Temporizadores
Estructura propuesta por Marcos
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Circuitos Secuénciales Temporizadores
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Circuitos Secuénciales Frecuencìmetros /
Periodìmetros
Cuenta el número de sucesos que ocurren en un
determinado lapso de tiempo
retardo
Reloj
T
Clear
Sucesos
Contador ascendente
"Cuenta los sucesos que ocurren en el tiempo
T" Ejemplos a ilustrar - Medir una
frecuencia - Medir un periodo - Corredera de un
barco 3600 pulsos/milla - Sonar (V1460 m/S) -
Anemómetro - Velocímetro digital
Cadena de biestables D
BCD 7 sg
BCD 7 sg
BCD 7 sg
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Circuitos Secuénciales Frecuencìmetros /
Periodìmetros
Para frecuencia Sucesos pulsos de red (1 pulso
cada 20 mS) T 1 segundo (pulsos en 1
segundo) Para periodo Sucesos reloj de 1 mS
(por ejemplo) T pulsos de red (medimos tiempo
entre dos pulsos de red) Para corredera de un
barco Rueda con 3600 pulsos/milla ? 2
pulsos/metro Sucesos pulsos de la rueda
dentada T 1 segundo (los pulsos en 1 S
coinciden con la millas recorridas
"Cuenta los sucesos que ocurren en el tiempo
T" Ejemplos a ilustrar - Medir una
frecuencia - Medir un periodo - Corredera de un
barco 3600 pulsos/milla - Sonar (V1460 m/S) -
Anemómetro - Velocímetro digital
Para sonar Sucesos reloj de 730 Hz (1 pulso
cada 1.4 mS) Borramos contador para iniciar
medida capturamos información al recoger el eco
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Circuitos Secuénciales Frecuencìmetros /
Periodìmetros
Para Cuentarrevoluciones digital Tomando los
pulsos del platino ( 2 pulsos/revolución)
Nos interesa Sucesos pulsos de los platinos T
30 segundos Nos proporciona la velocidad en rpm
directamente Se refresca cada 30 segundos
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Circuitos Secuénciales Registros de
desplazamiento
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Circuitos Secuénciales Registros de
desplazamiento
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Circuitos Secuénciales Conversión paralelo/
paralelo
Bus de salida
Bus de entrada
CS
D
Q
D
Q
CLK
CLK
D
Q
Línea bidireccional de E/S
CLK
Información de entrada
Información de salida
D
Q
CS
CLK
E/S
D
Q
E/S
CLK
D
Q
CS
CLK
D
Q
CLK
Control
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Circuitos Secuénciales Conversión paralelo/
serie
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Circuitos Secuénciales Conversión serie /
paralelo
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Circuitos Secuénciales Ejemplos de bloque
secuénciales en un MCU