UNIDAD VI: CIRCUITOS L

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UNIDAD VI CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES

• CONTADORES

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CONTADORES
Un contador es un arreglo de Flip Flops que
progresa de estado en estado en respuesta a un
suceso, donde un suceso puede ser un ciclo de la
señal de reloj. El contador cuenta el número de
sucesos. Características 1.-Un número máximo
de conteo (módulo del contador) 2.-Cuenta
ascendente o descendente 3.-Operación síncrona o
asíncrona 4.-Autónomos o de autodetención
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CONTADORES

• Otros aspectos a tener en cuenta
• Líneas de control de un contador
• Enable o habilitador para el conteo en el valor
  que este.
• Reset síncrono o asíncrono lleva el conteo a
  cero.
• Up/Down Determina si el conteo es ascendente o
  descendente.
• Load síncrono o asíncrono carga el conteo con un
  valor especifico.
• Líneas de salida de un contador
• Valor del contador.
• Overflow o desbordamiento indica cuando el
  contador alcanza el valor máximo.

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Modulo del contador
Un Flip Flop tiene 2 estados y un arreglo de n
Flip Flops puede tener 2n estados. El número de
estados que cuenta el contador antes de volver a
su estado inicial se denomina módulo o mod.
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CONTADORES SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS

• Contadores Asíncronos.
• Todos los FFs no están controlados por la misma
  señal de reloj.
• Contadores Síncronos
• Todos los FFs están controlados por la misma
  señal de reloj.

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Contador de anillo
Contador síncrono generado a partir de un
registro de desplazamiento conectado para
desplazar cíclicamente a la derecha. Después de
n ciclos el contador vuelve a su estado inicial.
Este contador es muy simple y es extremadamente
fácil, pero utiliza los Flip Flops de una forma
no muy optima.
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Contador Asíncrono de módulo 2 n

• Arreglo de n FF que permite dividir la frecuencia
  del reloj inicial en 2n veces

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Contador síncrono de módulo 2 n
Un bit cambia cuando todos los bits menos
significativos a este son simultáneamente 1.
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Contador MOD X

• Procedimiento para construir un contador MOD X
• 1. Determinar el menor número n de FF tales
  que 2n gt X. Si
• 2n X entonces el contador está listo.
  2. Conecte una compuerta NAND a las entradas
  asíncronas CLR
• de todos los FF involucrados3.
  Determine cuáles FF están en el estado ALTO en un
  conteo X
• luego conecte las salidas normales de
  estos FF a las entradas de
• la compuerta NAND.
• Ejemplo Contador MOD 10
• Arreglo de 4 FF con la salida del
  segundo y cuarto FF a la
• entrada de una compuerta NAND.

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Contador descendente
X0 cambia en cada ciclo de reloj X1 cambia cada
vez que X0 pasa de bajo a alto X2 cambia cada vez
que X1 pasa de bajo a alto Para construir un
contador descendente basta con Conectar la
salida negada del FFi al reloj del FFi1 en un
arreglo de FF JK
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Contadores descendente
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Preestablecimiento

• Para poder, por ej. en un contador MOD 16,
  comenzar a contar desde el número 8 es posible
  cargar el número 8 (0100) mediante una carga
  paralela incial. Para esto, se usan las entradas
  asíncronas de los FF (preset y clear).
• Cada entrada de la carga paralela se conecta a la
  puerta pre y clr del FF que le corresponda. Antes
  de llegar a dichas entradas, se conectan a una
  compuerta AND cuya otra entrada (para todas las
  compuertas AND) es una señal de habilitación de
  carga paralela (número a prestablecer).

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Contadores CI

• Contador asíncrono 74LS293
• 4 FF J K con salidas Q0 (LSB), Q1, Q2 y Q3 (MSB)
• 2 relojes CP0 y CP1 conectados a FF0 y FF1
• Entrada asíncrona Cd para borrar.

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Flips-flops, Registros y Contadores

• Contador 74193

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Ejercicio
Que hacen las senales de control1 y 2? Que nombre
recibiria este arreglo de FF. Suponga que
control1 y control 2 son siempre complementadas
entre si
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UNIDAD VI CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES

• Maquinas de Estados Finitos I

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• La gran mayoría de algoritmos son implementados
  en software, esto se debe principalmente a la
  flexibilidad y facilidad de programación de los
  microprocesadores.
• Algunos algoritmos no pueden implementarse solo
  en software. Las razones pueden variar de acuerdo
  a la aplicación pero frecuentemente hacen
  referencia a una capacidad de procesamiento que
  NO PUEDE obtenerse con microprocesadores

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• La solución para implementar estos algoritmos es
  utilizar hardware.
• Cuando un algoritmo se implementa en hardware,
  las maquinas de estado se emplean para acompañar
  la tarea (control).
• Una maquina de estados puede ser de la
  complejidad que se quiera y funciona de forma
  similar al software.
• La forma más simple de maquina de estados
• es un contador.

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MAQUINA DE ESTADOS FINITOS (FSM)

• Una FSM descompone un algoritmo en pasos
  (estados).
• Las transiciones entre estado pueden depender de
  una condición o evento, o pueden producirse en
  forma incondicional.
• Las condiciones y eventos están asociados a las
  entradas del circuito.
• Las maquinas de estado se representan por medio
  de Diagramas de Estados y Tablas de Transición de
  Estados.

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EJERCICIO 1

• Especificar en lenguaje natural el funcionamiento
  de de maquina una maquina expendedora de tiquetes
  por medio de estados

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EJERCICIO 1 SOLUCIÓN

• Paso 0 Sistema en espera, permanece en este
  paso mientras el usuario no presione un botón de
  selección de tiquete.
• Paso 1 El sistema despliega valor de tiquete
  seleccionado y queda en un estado de espera a que
  usuario ingrese el dinero.
• Paso 2 Cuando el usuario termina de ingresar
  dinero, el sistema verifica que tenga la devuelta
  para el valor ingresado, sino la tiene devuelve
  el dinero ingresado por el usuario y retorna al
  paso 0. Si la tiene entrega el tiquete
  seleccionado
• Paso 3 Finalmente el sistema entrega la
  devuelta y agradece la compra.
• Paso 4 Regresar a estado de Espera

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DIAGRAMA DE ESTADOS

• El Diagrama de Estados describe el comportamiento
  de un circuito secuencial en forma gráfica. Una
  FSM siempre tendrá un diagrama de estados
  asociado.
• Los Estados del circuito se simbolizan como
  círculos y se etiquetan con letras mayúsculas.
• Las transiciones entre estados se representan con
  flechas. Estas se rotulan con las entradas y el
  valor de estas que produjo la transición.
• Las salidas pueden aparecer ya sea en las flechas
  o en los círculos.

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DIAGRAMA DE ESTADOS

• Ejemplos de Diagramas de Estado

entrada/salida
A (0)
A
B (0)
B
E (1)
C (1)
C
D
D (0)
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DIAGRAMA DE ESTADOS

• Es muy importante tener en cuenta que si se tiene
  una variable de entrada simple, cada estado en el
  diagrama debe tener dos flechas salientes, una
  que corresponde a la entrada en un valor 1 y
  otra en un valor 0.
• Si fueran dos variables de entrada, deben salir
  de cada estado cuatro flechas que corresponderían
  a todas las posibles combinaciones entre las
  entradas 00, 01, 10 y 11.

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TABLA DE TRANSICION DE ESTADOS

• La tabla de transición de estados es otra forma
  de representar circuitos secuenciales y FSMs. Es
  utilizada principalmente en el algoritmo de
  diseño del sistema secuencial.

ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE SALIDA
ESTADO ACTUAL 0 1 SALIDA
A A B 0
B C D 0
C B D 1
D E D 0
E A A 1
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CIRCUITOS MOORE

• Los circuitos cuyas salidas solamente son
  funciones del estado se denominan Circuitos
  Moore.
• En los Circuitos Moore las salidas se introduce
  dentro del estado, ya que la salida depende
  solamente del estado.

27
CIRCUITOS MOORE

• Diagrama de bloques de un circuito tipo moore

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CIRCUITOS MEALY

• Si las salidas de un circuito dependen del estado
  actual y de las entradas se denominan Circuitos
  Mealy.
• Estando en un estado si preguntamos por el valor
  de la salida, podemos no tener respuesta hasta
  que no se especifique el valor de la entrada en
  el siguiente intervalo.

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CIRCUITOS MEALY

• Tabla de transición de estados en un circuito
  mealy.

ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE
ESTADO ACTUAL 0 1
A A/0 B/0
B D/0 C/1
C B/0 A/0
D D/1 A/1
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CIRCUITOS MEALY

• Diagrama de bloques de un circuito tipo mealy

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MOORE vs. MEALY

• En el sistema de Moore la independencia de las
  salidas de las entradas hace más fácil seguir la
  operación del sistema en pasos a través de sus
  estados y por tanto hace mucho más fácil la
  detección de errores.
• Menos propenso a glitches en las salidas.

• En forma general la versión de Mealy de un
  circuito secuencial será más económica en
  componentes físicos que la versión de Moore.
• Debido a la dependencia de las salidas respecto a
  entradas, los circuitos Moore pueden presentar
• glitches.

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MOORE vs. MEALY

• NOTA
• Cualquier Sistema secuencial se puede implementar
  con alguna de los dos tipos de circuitos moore ó
  mealy.
• Incluso es posible hacer combinaciones de ambos
  tipos de circuitos en un solo diseño.

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EJERCICIO 2

• Dibuje el diagrama de estados y la tabla de
  transición de estados de un circuito secuencial
  el cual da una salida Z 1 solamente cuando la
  entrada X es igual 1 durante 3 o más intervalos
  consecutivos de reloj.
• Utilice un circuito tipo Moore
• Utilice un circuito tipo Mealy

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EJERCICIO 2 SOLUCIÓN MOORE
0
A (0)
1
ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE SALIDA
ESTADO ACTUAL 0 1 SALIDA
A A B 0
B A C 0
C A D 0
D A D 1
0
B (0)
0
0
1
C (0)
1
D (1)
1
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EJERCICIO 2 SOLUCIÓN MEALY
0/0
A
ESTADO ACTUAL ESTADO SIGUIENTE ESTADO SIGUIENTE
ESTADO ACTUAL 0 1
A A/0 B/0
B A/0 C/0
C A/0 C/1
1/0
0/0
B
0/0
1/0
C
1/1