Registros de desplazamiento - Escuela de Ingeniería Electrónica

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Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingeniería Electrónica
EL 3307 Diseño Lógico
Ejercicios
Tema: Registros de desplazamiento
Recopilación realizada por:
Ing. José Alberto Díaz García
Diciembre 2008
590
.
REGISTROS
DEDESPLAZAMIENTO
I
(b) un impulso de reloj para cada l que contiene el dato
(c) ocho impulsos de reloj
(d) un impulso de reloj para cada Oque contiene el dato
(
4. El grupo de bits 10110101se desplazaen serie (primer bit más a la derecha)a la salida paralelo de 8 bits de un registro de desplazamiento,el cual tiene el estado inicial 11100l OO.
Despuésde dos impulsos de reloj, el contenido del registro es:
(a) 01011110
(b) 10110101
(c) 01111001
(d) 00101101
S. Con una frecuenciade reloj de 100kHz, ocho bits se puedenintroducir en serie en un registro de desplazamientoen:
(a) 80 lJ.8
(b) 8 lJ.8
(c) 80 ms
(d) 10 lJ.8
"J
6. Con una frecuenciade reloj de l MHz, ocho bits se puedenintroducir en paralelo en un registro de desplazamientoen:
(a) 8 lJ.8
1
(b) en un tiempo igual al retardo de propagaciónde ocho flip-flops
(c) 1 ~
(d) en un tiempo igual al retardo de propagaciónde un flip-flop
7. Un contador Johnsonde módulo 10 requiere:
(a) diez flip-flops
(b) cuatro flip-flops
(c) cinco flip-flops
(d) doce flip-flops
~
8. Un contador en anillo de módulo 10 requiere como mínimo:
(a) diez flip-flops
(b) cinco flip-flops
(c) cuatro flip-flops
(d) doce flip-flops
9. Cuandoseutiliza un registro de desplazamientode 8 bits con entraday salida serie,para obtener un retardo de 24 ~, la frecuenciade reloj debe ser:
(a) 41,67 kHz
(c) 125 kHz
(b) 333 kHz
(d) 8 MHz
10. El propósito del contador en anillo del circuito codificador de teclado de la Figura 9.38 es:
(a) aplicar secuencialmenteun nivel ALTO a cadafila para detectar la pulsación de una tecla
(b) proporcionar los impulsos de disparo del registro de código de tecla
t
(c) aplicar secuencialmenteun nivel BAJO a cadafila para detectar la pulsación de una tecla
(d) invertir secuencialmentela polarización de los diodos de cada fila.
(
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SECCIÓN 9.1
Funciones básicas de los registros de desplazamiento
1. ¿Porqué se consideranlos registros de desplazamientodispositivos básicosde memoria?
2. ¿Cuál es la capacidadde almacenamientode un registro que puede contener dos bytes de
datos?
SECCIÓN 9.2
Registros de
3. Paralas seftalesde entradade datosy de reloj de la Figura 9.47, detenninar los estadosde cada
flip-flop del registro de desplazamientode la Figura 9.3 Y dibujar
da. Suponerque, inicialmente, el registro contiene todo ls.
4.
Resolver el Problema 3 para las formasde onda de la Figura 9.48.
formasde onda de salíw
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PROBLEMAS.
591
CLK
n n n n n n n n n n n n n
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FIGURA
9.48
S. ¿Cuáles el estadodel registro de la Figura 9.49 despuésde cada impulso de reloj, si el estado
inicial es 10 100 1111OOO?
Entradade datosserie
D
CLK
CLK
SRa 12
Salida de datosserie
C
.n_Jl_.J-l-1-L~___Jl_Jl_J1_nJl_n__.n-
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FIGURA
9.49
6. Parael registro de desplazamientocon entradaseriey salida serie,determinarla forma de onda
de la salidade datospara la señalde reloj y la entradade datosde la Figura 9.50. Suponerque,
inicialmente, se borra el contenido del registro.
Entradadedatosserie
D
CLK
CLK
SRG10
Salidadedatosserie
C
_Jl__nJl.nJ1_JU1~_ru-I.J1.J.ULJln_n.nJ1_J.LrL
Entrada de datos serie -U
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FIGURA
9.50
7. Resolver el Problema6 para las fonDasde onda de la Figura 9.51.
FIGURA 9.51
8.
Un registro de desplazamientode entrada serie-salidaparalelo disparadopor flanco anterior
tiene la fonDa de onda de la salida de datos mostradaen la Figura 9.52. ¿Quénúmero binario
~
592
.
4 of 11
REGISTROS
DEDESPLAZAMIENTO
se almacenaen el registro de 8 bits, si el pnmerbit de datos que sale (el que está más a la
izquierda) es el LSB?
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Salidadedatos I
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FIGURA
9.52
SECCiÓN 9.3
Registros de desplazamiento con entrada serie y salida paralelo
9. Dibujar un diagramade tiempos completo que muestrelas salidasparalelo del regisb'ode desplazamientode la Figura 9.8. Utilizar las fornlas de onda de la Figura 9.50, estandoinicialmente borrado el registro.
10. Resolver el Problema9 para las fonDasde onda de la Figura 9.51.
11. Desarrollar las salidas Qoa Q7 para un registro de desplazamiento74HCI64, siendo la señal
de entradala mostradaen la Figura 9.53.
CLK
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FIGURA
9.53
SECCIÓN 9.4
F
Registrosde desplazamientocon entrada paralelo-salidaserie
12.Al registrode desplazamiento
de la Figura 9.54(a) se le aplican las seftalesde entrada
SHIFT I LOAD y CLK mostradas en la parte (b). La entrada de datos serie (SER) está a O. Las
entradas de datos paralelo son Do = 1, DI = O,D2 = 1 Y DJ = o. Dibujar la fonDa de onda de
la salida de datos en función de las entradas.
(a)
CLK
I
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SHIFTlLOAD
FIGURA
9.54
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11
PROBLEMAS.5 of593
13. Las formas de ondade la Figura 9.55 se aplican al registro de desplazamiento74HC165.Todas
las entradasparalelo estána O. Detenninar la forma de onda de la salida Q7'
CLK
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FIGURA
9.55
14. Resolver el Problema 13 si las entradasparalelo estántodas a l.
15. Resolverel Problema13si seinviertela entradaSER.
SECCIÓN 9.5
Registros de desplazamiento con entrada y salida paralelo
16. Deterntinar todas las forntas de onda de salida Q para el registro de desplazamientode 4 bits
74HC195, cuando las entradasson las indicadasen la Figura 9.56.
CLK
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FIGURA9.56
17. Resolverel Problema 16 si se invierte la entrada SH ILV e, inicialmente, se borra el contenido del registro.
18. Utilizar dos registros de desplazamiento74HC195 para fonnar un registro de desplazamiento
de 8 bits. Mostrar las conexionesque se requieren.
SECCIÓN 9.6
Registros de desplazamiento bidireccionales
19. Parael registro bidireccional de 8 bits de la Figura 9.57, detenninar el estadodel registro despuésde cadaimpulso de reloj para la seftalde control R1GHTI Lm dada.Un nivel ALTO en
estaentradaactiva un desplazamientoa la derecha,y un nivel BAJO lo activa hacia la izquierda. Suponer que, inicialmente, el registro almacenaen binario el número decimal setentay
seis, estandoen la posición más a la derechael LSB. La línea de entradade datos estáa nivel
BAJO.
20. Resolver el Problema 19 para las seftalesde la Figura 9.58.
21. Utilizar dos registros de desplazamientobidireccionales de 4 bits 74HC194, para crear un
registro de desplazamientobidireccional de 8 bits. Indicar las conexiones.
594
.
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REGISTROS
DEDESPLAZAMIENTO
Data in
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CLK
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Salida
dedatos
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FIGURA
9.58
22. Oetenninar las salidasQ de un 74HCI94 a partir de las entradas
Las entradasDo, DI, D2 Y DJ estána nivel ALTO.
CLK
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en la Figura 9.59.
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FIGURA
9.59
SECCIÓN 9.7
Contadores basadosen registros de desplazamiento
23. ¿Cuántosflip-flops se requierenpara implementar cada una de las siguientesconfiguraciones
de un contadorJohnson?
(a) módulo 6
(b) módulo 10
(c) módulo 14
(d) módulo 16
24. Dibujar el diagrama lógico para un contador Johnsonde módulo 18. Realizar el diagramade
tiempos y escribir la secuenciaen forma de tabla.
25. Parael contadoren anillo de la Figura 9.60, dibujar la señalde salida de cadaflip-flop en relación con la seftalde reloj. Suponerque, inicialmente, FFOestáen estadoSET y los demásen
estadoRESET. Consideraral menosdiez impulsos de reloj.
26. A partir de la secuenciapatrón mostradaen la Figura 9.60, deterntinar el contador en anillo e
indicar cómo se puede inicializar para generarla seftal indicada en la salida Q9' En el impulso
de reloj 16 (CLK16) la secuenciapatrón se repite.
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PROBLEMAS. 595
CLK
FIGURA
9.60
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t
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I
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SECCIÓN 9.8
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FIGURA
9.61
Aplicaciones de los registros de desplazamiento
27. Utilizar registrosde desplazamientode 4 bits 74HC19Spara implernentarun contadoren anillo de 16 bits. Indicar las conexiones.
28. ¿Cuáles el propósito de la entradade alimentación LOAD de la Figura 9.38?
29. En el esquemade la Figura 9.38 ¿quéocurre cuandose presionansimultáneamentedos teclas?
SECCIÓN 9.10
Localización de avenas
30. A partir de las formas de onda de la Figura 9.62(a), determinarel problema que másprobablemente se producirá en el registro mostradoen la parte (b) de la figura.
CLK
Entrada
I
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de datos
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I
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FIGURA
9.62
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596
.
REGISTROS
DEDESPLAZAMIENTO
8 of 11
31. El registro de desplazamientocon entradaparalelo y salida serie de la Figura 9.12 estáen el
estado en que Qo QI Q2 Q) = 1001 yen la entradase carga Do DI D2 D) = 1010.Cuandola
entrada5H1FT/WAD estáa nivel ALTO, los datos que se muestranen la Figura 9.63 aparecen secuencialmenteen la salida. ¿Es correcto este funcionamiento? Si no lo es, ¿cuál es el
fallo más probable?
LK -Il-fl-r-L-J-L
:
,
,
:
Q3 1: I L.2..J I : I
FIGURA9.63
32. Como hemosvisto, en el registro bidireccional de la Figura 9.19, los datos se desplazanhacia
la derechapero no hacia la izquierda. ¿Cuál es el fallo más probable?
33. Parael codificador de teclado de la Figura 9.38, enumerarlos posibles fallos para cadauno de
los siguientessíntomas:
(8) El estadodel registro del código de tecla no cambia cuando se pulsa cualquier tecla.
(b) El estadodel registro del código de tecla no cambia cuando se pulsa cualquier tecla de
la tercera fila. Cuando se pulsa cualquiera de las restantesteclas se genera un código
correcto.
(c) El estadodel registro del código de tecla no cambia cuando se pulsa cualquier tecla de la
primera columna. Cuando se pulsa cualquiera de las restantesteclas se generaun código
correcto.
(d) Cuando se pulsa cualquier tecla de la segundacolumna. los tres bits de la izquierda del
código de tecla (Qo QI Q2) son correctospero los tres bits de la derechason todos ls.
34. Desarrollar un procedimiento de prueba para probar el codificador de teclado de la Figura
9.38. Especificar el procedimiento paso a paso, indicando el código de salida del registro de
código de tecla que deberíaobservarseen cada paso de las pruebas
35. ¿Quésíntomasse observansi se producen los siguientesfallos en el convertidor serie-paralelo de la Figura 9.33?
(8
La salida de la puertaAND se mantieneen estadoALTO.
(b) La salida del generadorde reloj se mantieneen estadoBAJO
(c) La terceraetapadel registro de entradade datos se mantieneen estadoSET.
(d) La salida de fin de cuentadel contador se mantiene en estadoALTO.
Aplicacióna los sistemasdigitales
36. ¿Cuál es el propósito principal de la lógica del código de seguridad?
37. Suponerque el código de accesoes 1939.Determinar los estadosde los registrosde desplazamiento A y C despuésde haber introducido el segundodígito correcto.
38. Suponerque el código de accesoes 7646 y que se introduce el código 7645. Detenninar los
estadosde los registros de desplazamientoA y C despuésde introducir cada uno de los digitos.
Problemasespecialesde diseno
39. Especificar los dispositivos que se puedenutilizar para implementar el convertidor de datos
serie-paralelode la Figura 9.33. Dibujar el diagrama lógico completo mostrando cualquier
modificación necesariapara acomodarsea los dispositivos específicosutilizados.
of 11
RESPUESTAS. 9 597
40. Modificar el convertidor serie-paralelode la Figura 9.33, para conseguiruna conversiónde 16
bits.
41. Diseñar un convertidor de datos paralelo-seriede 8 bits que produzca el fonnato de datos de
la Figura 9.34. Realizar el diagramalógico y especificar los dispositivos.
42. Diseñar un circuito de activación de WADpara el codificador de teclado de la Figura 9.38.
Este circuito debe generarimpulsos de corta duración a nivel BAJO cuando se activa el interruptor de alimentación.
43. Implementar el generadorde secuenciaspatrón de pruebas utilizado en la Figura 9.42 para
localizar las averíasen el convertidor serie-paralelo.
44. Revisar el sistema de control y de recuento de pastillas introducido en el Capitulo l. (a)
Utilizando los conocimientosadquiridos en estecapitulo. implementar los registrosA y B en
estesistemautilizando circuitos integradosde función fija especificos.(b) Implementarel sistema empleandosoftware de desarrollo.
REVISIONESDE CADASECCiÓN
SECCIÓN 9.1
Funciones básicas de los registros de desplazamiento
1. Un contadortiene una secuenciaespecíficade estados,pero un registro de desplazamientono.
2. El almacenamientoy el movimiento de datos son dos funciones de un registro de desplazamiento.
SECCIÓN 9.2
Registros de desplazamiento con entrada y salida serie
1. FFO:entradade datosaJo. entradade datosa Ko;FFl: QoaJ¡,
FF3: Q2aJ3, Q, a Kl.
~
a K.;FF2: Q. aJ2, Q. a K2;
2. Ocho impulsos de reloj.
SECCIÓN 9.3
Registros de desplazamiento con entrada serie-salida paralelo
1. 0100 despuésde 2 impulsos de reloj.
2. Se toma la salida serie del flip-flop más a la derechapara operaciónde salida serie.
SECCIÓN 9.4
Registros de desplazamiento con entrada paralelo-salida serie
1. Cuando SHIFT I LOAD está a niv~TO,
los datos se desplazana la derecha,un bit por
impulso de reloj. CuandoSHIFT I WAD estáa nivel BAJO, los datos en las entradasparalelo se carganen el registro.
2. La operaciónde cargaparalelo es asíncrona,por lo que no dependede la señal de reloj.
SECCIÓN 9.5
Registros de desplazamiento con entrada y salida paralelo
1. Las salidasde datos son 1001
2. Qo = 1 despuésde un impulso de reloj
SECCIÓN 9.6
Registros de desplazamiento bidireccionales
1. 1111despuésde cinco impulsos de reloj.
SECCIÓN 9.7
Contadores basadosen registros de desplazamiento
1. La secuenciadel contador Johnsonde 8 bits tiene dieciséis estados.
2. Paraun contador Johnsonde 3 bits: 000, 100, 110, 111,011, 001,000
598
.
10 of 11
REGISTROS
DEDESPLAZAMIENTO
SECCiÓN 9.8
Aplicacionesde los registrosde desplazamiento
1. 625exploraciones/segundo
2. QsQ4Q3Q2QIQo=OIIOII
3. Los diodos proporcionancaminosunidireccionalespara poner las filas a nivel BAJO, y evitar
que los niveles ALTOS en las líneas de FILA se conecten a la matriz de interruptores. Las
resistenciasconectanlas líneas de COLUMNA a nivel ALTO.
SECCIÓN 9.9
Símbolos lógicos con notación de dependencia
1. Ninguna entradadependede las entradasde modo que esténen estadoO.
2. Sí, el terminal paralelo es síncrono con el reloj, como indica la etiqueta 4D.
SECCIÓN 9.10
Localización de averias
1. Se usa una entradade pruebapara que el circuito pasepor todos sus estados.
2. Comprobar la entradade estaparte del circuito. Si la seftal en estaentradaes correcta,el fallo
quedaaislado en la circuitería entre la entradacorrecta y la salida incorrecta.
PROBLEMASRELACIONADOS
9.1.
Véa.\'ela Figura 9.64.
CLK
Entradade dakJS
Qo
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La salida es Q4Q3Q2QlQo
=00101
después
de5 impulsosdereloj.
FIGURA
9.64
9.2. El estadodel registro despuésde tres impulsos adicionalesde reloj es 0000.
9.3.
Véasela Figura 9.65.
CLK -f1L¡2Lfi1-f4~Lf6L
SHlfTliiiAiJ':
Lf-Jr:-ti
:;
i
03 _1--1-('._-=
:;
;:
'-1.-::J
FIGURA
9.65
9.4. Véasela Figura 9.66.
R/GHTILEFf
CLK
ao
Q,
Q2J!.fi-l..!!-JiI
Q) "nI)
'o
o : o : o :o : o : o
!O ~()
FIGURA 9.66
9.5. Véasela Figura9.67.
9.6. f= 1/3~ = 333 kHz
10 10 !o
!O
11 of 11
RESPUESTAS.
599
CLK
00
al I
a2
aJ"Tl°
a..1!.¡I
a, 0:0
a.i10
Q, ': 1
Q, ':1
Q, 1:1
l'
,O
11
:0
lo
:1
:1
I'
'1
1
,O
'1
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lo
:,
l'
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lo
I'
I'
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10
1,
~O
:'
;1
1I
10
11
lo
1I
FIGURA
9.67
AUTOTEST
l. (b)
6. (d)
1. (c)
7. (c)
3. (a)
8. (a)
~. (c)
9. (b)
S. (a)
10. (c)
I
:1
i'
jl
11
lO
11
lo
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lo
1I
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