Temario Contadores asincrónicos y sincrónicos • Arquitectura • Características • Circuitos comerciales • Diseño Máquinas de estado finito • Mealy • Moore • Ejemplo 30/04/2013 1 30/04/2013 Electrónica Digital 2 30/04/2013 Electrónica Digital 3 30/04/2013 Electrónica Digital 4 Contadores digitales • Arreglos de flip-flops • Secuencia finita de estados Aplicaciones • Conteo de pulsos (eventos) • División de frecuencia • Control y temporización • Direccionamiento de memorias Diagrama de transición de estados de un contador binario de 3 bits 30/04/2013 Electrónica Digital 5 Clasificación de los contadores digitales 1. Atendiendo al código de salida Binario (natural) BCD En anillo En Gray Johnson Arbitrario 2. Atendiendo al sentido de conteo Contador hacia arriba (ascendentes) Contador hacia abajo (descendentes) Contador en ambos sentidos, no simultáneos 3. Atendiendo a la posibilidad de preselección Contador con carga en paralelo Contador con puesta a cero inicial solamente 4. Atendiendo a la forma de propagarse la señal de reloj internamente Contador asíncrono (contadores con propagación) Contador síncrono. 30/04/2013 Electrónica Digital 6 Especificaciones de los contadores digitales • Tipo: sincrónico ó asicncrónico. • Módulo: cantidad de estados que componen la secuencia completa • Cantidad de bits: FFs (etapas, stages) 30/04/2013 Electrónica Digital 7 Contadores asincrónicos (de rizo, de rizado o ripple) CLK se propaga entre los FFs FFs: tipo T ó JK Secuencia: binaria natural Módulo = 2N (N: número de FFs) En cada etapa: fCLK/2 No requiere lógica adicional 30/04/2013 Electrónica Digital 8 Contador asincrónico ascendente 30/04/2013 Electrónica Digital 9 Contador asincrónico descendente 30/04/2013 Electrónica Digital 10 Diseño: Contador asincrónico de 4 bits ascendente / descendente 30/04/2013 Electrónica Digital 11 Qk-1 / Qk-1/ CS 00 01 11 10 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 CLK = CS/. Qk-1/ + CS. Qk-1 Qk-1 CS Qk-1/ CS/ 30/04/2013 Electrónica Digital Llave digital 12 30/04/2013 Electrónica Digital 13 Modificación del módulo en contadores asincrónicos Identificar el primer estado no deseado y llevar al contador al estado inicial de la secuencia 30/04/2013 Electrónica Digital 14 30/04/2013 Electrónica Digital 15 Diagrama temporal 30/04/2013 Electrónica Digital 16 Procedimiento general de diseño 30/04/2013 Electrónica Digital 17 Tiempo de propagación en contadores asincrónicos Contador de 3 bits tp = 50 ns fCLK = 1 MHz TCLK = 1 µs Retardo total = N. tp = 3. 50 ns 30/04/2013 Electrónica Digital 18 Formas comerciales Contadores asincrónicos • 4024: contador ripple de 7 bits • 4020: contador ripple de 14 bits • 4040: contador ripple de 12 bits 30/04/2013 Electrónica Digital 19 Contadores sincrónicos • CLK en paralelo • FFs JK ó D • Retardo de propagación independiente del número de FFs • Mayor velocidad de operación • Requiere lógica externa 30/04/2013 Electrónica Digital 20 Contador sincrónico ascendente de 4 bits 30/04/2013 Electrónica Digital 21 Tiempo de propagación en contadores sincrónicos 30/04/2013 Electrónica Digital 22 Contador Johnson 30/04/2013 4017: Johnson de 10 salidas decodificadas 4022: Johnson de 8 salidas decodificadas Electrónica Digital 23 Contador en anillo 30/04/2013 Electrónica Digital 24 Formas comerciales Contadores BCD (década) • 4029 Contadores Johnson decodificados (con salidas decodificadas) • 4017: contador de 5 bits Contadores prefijables • 74x163: contador de 4 bits • 4029 30/04/2013 Electrónica Digital 25 Modificación del módulo de contadores sincrónicos Contador 0, 1, 2, …,10 con el 74x163 30/04/2013 Electrónica Digital 26 Diagrama temporal 30/04/2013 Electrónica Digital 27 Decodificación de contadores Decodificar es identificar unívocamente cada estado de la secuencia activando una sola salida por cada estado de la misma Decodificación con compuertas A/ B/ C/ A B/ C/ 30/04/2013 Electrónica Digital D0 D1 28 30/04/2013 Electrónica Digital 29 Formas comerciales Contadores Johnson 4017: Johnson de 10 salidas decodificadas 4022: Johnson de 8 salidas decodificadas 30/04/2013 Electrónica Digital 30 Generalizando… • Saltos arbitrarios • Salidas decodificadas • Entradas que modifiquen la secuencia. 30/04/2013 Electrónica Digital 31 Máquinas de estado sincrónicas temporizadas Máquina de Moore Estado siguiente = F(estado actual, entrada) Salida = G(estado actual) 30/04/2013 Electrónica Digital 32 Máquinas de estado sincrónicas temporizadas Máquina de Mealy Estado siguiente = F(estado actual, entrada) Salida = G(estado actual, entrada) 30/04/2013 Electrónica Digital 33 Un caso de máquina de Moore: los contadores sincrónicos 30/04/2013 Electrónica Digital 34 Arquitectura de un contador sincrónico generalizado 30/04/2013 Electrónica Digital 35 Diseño: estados sin utilizar Enfoque del Costo mínimo Enfoque del Riesgo mínimo No se tiene en cuenta en el diseño lo que puede suceder al entrar en un estado no perteneciente a la secuencia Al entrar en un estado no perteneciente a la secuencia, el secuencial es forzado a pasar nuevamente a la secuencia 30/04/2013 Electrónica Digital 36 Diseño: determinación de las ecuaciones de excitación Flip flop: Di = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-D Ji = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK Ki = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK con i = 0, 1, …, n 30/04/2013 Tabla de verdad alternativa FF D Electrónica Digital Tabla de verdad alternativa FF JK 37 Ejemplo 30/04/2013 Electrónica Digital 38 30/04/2013 Electrónica Digital 39 Completando las otras ecuaciones… (costo mínimo) 30/04/2013 (riesgo mínimo) Electrónica Digital 40 Circuito secuencial (versión de costo mínimo) 30/04/2013 Electrónica Digital 41 Resumen del procedimiento Establecer los estados (cantidad y asignación) Establecer el tipo de FF para el diseño Decidir el criterio de diseño (costo o riesgo mínimo)una tabla Construir de transición de estados Hallar las ecuaciones de excitación Dibujar el diagrama lógico y dibujar o simular un diagrama temporal 30/04/2013 Electrónica Digital 42 Bibliografía básica -Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer, Prentice Hall, 8va. Ed., 2003 (CAP 7) Bibliografía de ampliación - Diseño digital, Wakerly, Pearson, 3ra. Ed., 2001 (CAP 7) - Hojas de datos y de aplicación de fabricantes 30/04/2013 Electrónica Digital 43 30/04/2013 Electrónica Digital 44 Resumen del procedimiento 30/04/2013 Electrónica Digital 45 Ejemplo: Decodificación de un contador Johnson Ventaja Johnson: No importa la cantidad de bits, siempre son necesarios solo 2 bits para decodificar 30/04/2013 Electrónica Digital 46 Tabla de estados, asignación de variables de estado, tabla de transición y tabla de excitación 30/04/2013 Electrónica Digital 47 Contadores BCD Formas comerciales 4029: presettable up/down counter binary or BCD decade 30/04/2013 Electrónica Digital 48 Diagrama de tiempos (conteo BCD) 30/04/2013 Electrónica Digital 49 Ecuaciones de excitación 30/04/2013 Electrónica Digital 50 Máquinas de estado finito Marcapasos a demanda bicameral 30/04/2013 Electrónica Digital 54