CONTADORES Y UNIDAD ARITMETICA Y LOGICA

GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO
CONTADORES Y UNIDAD ARITMÉTICA Y LÓGICA
AUTOR: ALBERTO CUERVO
SANTIAGO DE CALI
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA
CONTADORES Y UNIDAD ARITMÉTICA Y LÓGICA
OBJETIVO
Los contadores constituyen uno de los circuitos de mayor aplicación en la construcción
de sistemas digitales.
Igualmente, la Unidad Aritmética y Lógica (ALU: Arithmetic/Logic Unit) es un dispositivo
combinacional donde se efectúan las operaciones aritméticas y lógicas en los datos en
un computador de acuerdo a un código de selección de entrada a la misma cuyo valor
coloca la unidad de control dependiendo de la operación que se debe efectuar.
La presente práctica tiene como objetivo reforzar los conocimientos que tiene el
estudiante de estos dos dispositivos.
Consta de dos partes, en la primera de las cuales se efectúa el diseño de un contador
decimal empleando flip-flops JK.
En la segunda parte se efectúan distintas operaciones en la ALU colocando
entrada el código de selección apropiado.
en su
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Primera parte
Diseñe un circuito secuencial sincrónico con cuatro flip-flops A,B,C y D que tenga el
diagrama de estados que se muestra. Observe que en este circuito habrán 6 estados no
usados. Utilice para su diseño los flip-flops JK y un número mínimo de compuertas que
necesite del módulo DIGI BOARD 2 del laboratorio.
Las salidas del circuito secuencial serán obtenidas directamente de las salidas de los
flip-flops, las cuales deberán ser llevadas al display de 7 segmentos para visualizar el
estado del circuito secuencial después que ocurra un pulso de reloj.
o
9
1
8
2
7
3
6
4
5
Diagrama de estados
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA
El circuito debe ser diseñado con la asignación de estados que se muestra en la tabla
siguiente:
Estado
A
B
C
D
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
¿Qué función cree usted que efectúa este circuito?
Trabajo en el laboratorio
• Coloque inicialmente el estado 0 en su circuito secuencial utilizando las entradas
asincrónicas de los flip-flops.
• Después de colocar el estado 0, aplique pulsos de reloj con el pulsador del módulo
DIGI-BOARD2 a su circuito secuencial para verificar que su funcionamiento coincida
con las especificaciones establecidas.
Segunda parte
En el circuito que se muestra, la Unidad Aritmética y Lógica corresponde a la ALU del
módulo DIGI-BOARD2 del laboratorio. A es un registro de 4 bits y B es un número de 4
bits obtenido de uno de los teclados.
B
4 BITS
reloj
A
4 BITS
0
ALU
1
2
3
4
CI
s0
s1
s2
s3
s4
M=
CI´
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA
Utilice para construir el registro A los cuatro flip-flops JK que tiene el módulo DIGIBOARD2 convertidos en flip-flops tipo D, y cualquier compuerta que necesite.
Si se efectúan las siguientes operaciones en orden, diga cuál es la salida del registro A
después de aplicar cada pulso de reloj.
•
Utilizando las entradas asincrónicas de los flip-flops, coloque inicialmente el #3
(0011) en el registro A y coloque el número B = 5 (0101) con el teclado.
•
Coloque las entradas MS3S2S1S0CI´= 010011⇐ (entradas de selección)
•
Aplique el primer pulso de reloj con el pulsador
•
Coloque las entradas de selección en 000000
•
Aplique el segundo pulso de reloj
•
Coloque las entradas de selección en 001100
•
Aplique el tercer pulso de reloj
•
Coloque las entradas de selección en 101100
•
Aplique el cuarto pulso de reloj
•
Coloque las entradas de selección en 011001
•
Aplique el quinto pulso de reloj.
En la solución debe venir dibujado bien explícito este circuito, así como el número
almacenado en el registro A después de la aplicación de cada pulso de reloj.
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA
Trabajo en el laboratorio
Monte el circuito, llevando la salida del registro A al display de 7 segmentos para
verificar sus respuestas. Los pulsos de reloj deben ser aplicados con el pulsador.
SOLUCIÓN
Primera parte
Estado Presente
A
B
C
D
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
Estado siguiente
A
B
C
D
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Como D cambia de estado
con cada pulso, entonces
JD=KD=1
AB
00 01 11 10
00 x x x x
x x x x
CD
01
11 1 1 x x
10 0 0 x x
AB Kc = D
00 01 11 10
00 0 x x 0
o x x 0
CD
Estados
no
usados
01
11 1 x x x
10 0 x x x
AB JB=CD
00 01 11 10
00 0 0 x X
o 0 x X
CD
01
11 0 1 x x
10 0 0 x x
De acuerdo con la simplificación efectuada, el circuito
será como se muestra a continuación:
1J
A
1J
1K
A´
1K
B
B´
AB
00 01 11 10
00 0 0 x 0
01 1 1 x 0
11 x x x x
CD
10 x x x x
ABJc = A´D
00 01 11 10
00 x 0 x x
01 x 0 x x
11 x 1 x x
10 x 0 x x
CD
AB KB=CD
00 01 11 10
00 X x X 0
01 X X x 1
11 x X x x
CD
10 x X x x
JA=BCD
1J
1K
C
C´
KA=D
1J
1
1K
D
D´
pulsos
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA
Segunda parte
•
•
•
•
•
1J
Q
1J
Q
1J
Q
1J
Q
1K
Q´
1K
Q´
1K
Q´
1K
Q´
Después del primer pulso: 8
Después del segundo pulso: 9
Después del tercer pulso:
4
Después del cuarto pulso:
1
Después del quinto pulso:
2
pulsos
So
S1
S2
S3
M
CI
del teclado
ALU
Po
Qo
BIBLIOGRAFÍA
1. Víctor P. Nelson, H. Troy Nagle, Bill D. Carroll y J. David Irwin, “Análisis y Diseño de
Circuitos Lógicos Digitales “, Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., 1996
2. System Technick, “DIGI BOARD2 Descripción Técnica “
3. J.F. Wakerly, “Digital Design Principles and Practices “, 2ª ed., Englewood Cliffs, NJ:
Prentice-Hall, 1994
4. F. Hill y G. Peterson, “Digital Systems: Hardware Organization and Design “, Nueva
York: John Wiley & Sons, 1973
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCOONNTTAADDOORREESS YY UUNNIIDDAADD AARRIITTM
MEETTIICCAA YY LLÓÓGGIICCAA