PRACTICA 5. SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS

Prácticas Electrónica Digital. 3ºGITT
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PRACTICA 5. SISTEMAS SECUENCIALES SÍNCRONOS
1. Objetivo
El objetivo de esta práctica es estudiar el funcionamiento de los sistemas secuenciales
síncronos así como su implementación física.
2. Material necesario
La práctica se realizará en el Centro de Cálculo de la Escuela Superior de Ingenieros,
donde se hará uso de los PCs y del software MicroCAP versión 9. Además se utilizará
el programa BOOLE de la Universidad de Deusto.
(http://paginaspersonales.deusto.es/zubia/).
3. Conocimientos previos
El alumno debe conocer los sistemas secuenciales síncronos, funciones lógicas,
contadores, registros, multiplexores, etc.
Además, se espera que el alumno estudie previamente el funcionamiento del
contador 74LS193. Su funcionamiento se explica brevemente en la memoria de la
práctica y además se puede obtener su hoja de especificaciones del siguiente enlace:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54ls193.pdf
4. Realización de la práctica
Durante la práctica se tratará de resolver y simular el siguiente problema:
Hay que realizar el sistema de gestión de un parking con 14 plazas. En la entrada del
parking y en la salida del mismo hay sendos detectores (E en la entrada, S en la salida,
que funcionan con lógica activa alta) que detectan el paso de un vehículo. Tanto la
entrada como la salida disponen de una barrera de paso (PE en la entrada, PS en la
salida) que se deben activar para dejar entrar o salir los vehículos si es necesario. La
activación de una barrera se realiza enviando un pulso de una duración de 100 us. El
sistema de control del parking debe disponer de un contador de vehículos de forma que
si dentro del parking ya hay 14 vehículos, no se debe permitir la entrada de más
vehículos hasta que haya algún hueco. Para ello, se debe generar una señal de parking
completo (C), que será la encargada de encender un cartel luminoso en la entrada del
parking.
NOTA 1: El paso de un vehículo por el detector de entrada o de salida tarda más de
10ms.
NOTA 2: Si el parking está completo, ningún coche intentará entrar en el parking y, si lo
intentara, no se abriría la barrera y se marcharía (no se quedaría esperando).
NOTA 3: La frecuencia de reloj del sistema será de 10 kHz.
4.1 Máquina de estados
Para la resolución del problema se debe realizar una máquina de estados que ante una
entrada, genere un pulso con una duración de un periodo de la señal de reloj (100 us)
independientemente de la duración del pulso de la señal de entrada. En su estado de
reposo, la salida de la máquina de estados será 1, y ante la entrada de un pulso
generado por el sensor, el pulso generado a la salida tendrá el valor 0 durante un
periodo de reloj.
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• Realizar el diseño teórico de esta máquina de estados
(1.5 PUNTOS)
• Realizar el diseño de la máquina de estados usando el programa Boole de la
Universidad de Deusto. El programa esta accesible para su descarga en el
siguiente link: http://paginaspersonales.deusto.es/zubia/
(1.5 PUNTOS)
• Simular la máquina de estados usando el software microcap. La figura 1 muestra
el diagrama de tiempos propuesto para las entradas CLK y E0.
(2 PUNTOS).
CLK: periodo 100 us
Tiempo de simulación: 35 ms
Tiempo
0 ns-135 us
135 us – 11400 us
11400 us-20075 us
20075us-31060 us
31060us -
E0
0
1
0
1
0
Figura 1. Diagrama de tiempos propuestos para la simulación de la máquina de estados del apartado 4.1
4.2 Contador
Para la resolución del problema se utilizará el contador 74LS193 (figura 2), el cual es
un contador de cuatro bits reversible con señales independientes de reloj para subir o
bajar la cuenta, clear asíncrono y posibilidad de precarga del valor de cuenta actual.
Probar el funcionamiento del contador usando el software Microcap. Para ello, generar
señales de reloj de subida y bajada de forma que el contador vaya subiendo la cuenta
inicialmente llegando a desbordar (overflow) y luego que vaya decrementando la
cuenta hasta que desborde (underflow) (2 PUNTOS)
Figura 2. Contador 74LS193
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Funcionamiento del contador 74LS193:
En la tabla I se muestra en forma detallada los modos de funcionamiento del contador.
Además, en la figura 3 se expone un diagrama de tiempos donde se puede apreciar el
funcionamiento del contador en los distintos modos, y comprobar el comportamiento de
cada una de las señales.
La señal de mayor precedencia es la del clear asíncrono (CLR). Funciona con lógica
activa alta, por lo que al estar en 1, las salidas del contador se resetean a cero.
La segunda señal de mayor precedencia es LOAD. Funciona con lógica activa baja. En
caso de activar esta señal (0), se produce una carga en paralelo en el contador
(QD, QC, QB, QA) con los valores de las entradas (D, C, B, A).
Obs.: El bit más significativo es el D, y el menos significativo el A.
En caso que las señales CLR y LOAD se encuentren inactivas, el conteo ocurre
cuando llega un flanco de subida en las señales de UP o DOWN, para contar en forma
ascendente o descendente, respectivamente. Notar que no se puede realizar el conteo
en forma ascendente/descendente en forma simultánea. De esta forma, mientras se
aplica un flanco de subida en una de las entradas UP/DOWN, la otra entrada debe
estar en 1, ya que de otra forma el contador no actualizará su valor.
Por último, aunque no esté indicado en la tabla I, hay dos señales de salida CO y BO,
correspondientes a las señales de acarreo. Estas salidas permiten la conexión en
cascada de varios contadores 74LS193, para conseguir conteos mayores que 15.
Tabla I. Tabla de selección de modos contador 74LS193
CLR
1
0
0
0
0
LOAD
X
0
1
1
1
ENTRADAS
UP DOWN
X
X
X
X
1
1
↑
1
1
↑
D
X
d
X
X
X
C
X
c
X
X
X
B
X
b
X
X
X
A
X
a
X
X
X
SALIDAS
QD QC QB QA
0
0
0
0
d
c
b
a
Sin cambios
Conteo ascendente
Conteo descendente
4.3 Diseño del sistema completo
Con los bloques anteriormente diseñados y simulados, realizar las conexiones
necesarias para obtener el sistema de gestión del parking descrito al principio de este
documento. Simular el sistema completo.
(3 PUNTOS)
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Figura 3. Diagrama de tiempos del contador 74LS193
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