Circuitos Secuenciales

Electrónica Básica
Sistemas Secuenciales
Electrónica Digital
José Ramón Sendra Sendra
Dpto. de Ingeniería Electrónica y Automática
ULPGC
CIRCUITOS SECUENCIALES
Combinacional: las salidas dependen de las entradas
Secuencial: las salidas dependen de las entradas y de valores anteriores
de determinadas salidas ( e.d. depende de la vida pasada del circuito)
Entradas
Sistema
combinacional
Circuito de
realimentación
Salidas
CIRCUITOS SECUENCIALES
Los circuitos secuenciales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
Entradas
Sistema
combinacional
Salidas
Entradas
Sistema
combinacional
Salidas que
actúan como
entradas
Elementos de
memoria
Generador de
impulsos de
reloj
Salidas
CIRCUITOS SECUENCIALES
Las células básicas de los circuitos secuenciales son los biestables los
cuales pueden ser:
•Asíncronos: no dependen de ninguna señal de reloj
•Síncronos: dependen de un reloj
•Activos por nivel
•Activos por flanco Þ Flip-Flops
Los más utilizados son:
•RS
•JK
•D
•T
•etc
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE RS NOR
R
Q
S
Q
Tabla de Verdad
S
R Q(t+1) Q(t+1)
0
0
1
1
0
1
0
1
S
0
0
0
0
1
1
1
1
R Q(t) Q(t+1)
0
0 0
No cambia
1
0 1
0
1 0
Cuando R≠
≠S la salida
0
1 1
sigue a la S
1
0 0
1
0 1
1 0
Indeseable
1 1
Q(t)
0
1
-
Q(t)
1
0
-
No cambia
Reset
Set
Indeseable
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE RS NOR
Tabla de Transición
Q(t) Q(t+1)
0
0
1
1
R
Q
S
Q
0
1
0
1
S
R
0
1
0
X
X
0
1
0
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE RS NAND
R
Q
S
Q
Tabla de Verdad
S
R Q(t+1) Q(t+1)
0
0
1
1
0
1
0
1
S
0
0
0
0
1
1
1
1
R Q(t) Q(t+1)
0 0
Indeseable
0 1
1
1 0
Cuando R≠
≠S la salida
1
1 1
sigue a la R
0
0 0
0
0 1
0
1 0
No cambia
1
1 1
1
0
Q(t)
0
1
Q(t)
Indeseable
Set
Reset
No cambia
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE RS NAND
Tabla de Transición
Q(t) Q(t+1)
0
0
1
1
R
Q
S
Q
0
1
0
1
S
R
1
0
1
X
X
1
0
1
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE JK
J
Q
K
Q
Oscilación para J=K=1 → Carreras →
No se suelen usar → Sol: Biestable
JK M/S
Tabla de Verdad
J
K Q(t+1) Q(t+1)
0
0
1
1
0
1
0
1
J
0
0
0
0
1
1
1
1
K Q(t) Q(t+1)
0
0 0
No cambia
1
0 1
0
1 0
Cuando J≠
≠K la salida
0
1 1
sigue a la J
1
0 0
1
0 1
1
1 0
Cambia
0
1 1
Q(t) Q(t)
0
1
1
0
Q(t) Q(t)
No cambia
Reset
Set
Cambia
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE JK
Tabla de Transición
J
K
Q
Q
Q(t) Q(t+1)
0
0
1
1
0
1
0
1
J
K
0
1
X
X
X
X
1
0
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE TIPO T ( = JK cortocircuitando J=K)
Tabla de Verdad
T
Q
Q
T
Q(t)
0
0
1
1
0
1
0
1
Q(t+1)
0
1
1
0
No cambia
Cambia (TOGGLE)
BIESTABLES ASÍNCRONOS
BIESTABLE TIPO D ( No hace nada, sirve de memoria)
D
Q(t)
Q(t)
NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Generación de un GLITCH
NECESIDAD DE SISTEMAS SÍNCRONOS
Efecto de un GLITCH sobre un biestable
BIESTABLES SÍNCRONOS
Entradas asíncronas → no dependen de reloj → PRESET (poner a 1
la salida) y CLEAR (poner a 0 la salida)
Activas a nivel alto
Activas a nivel bajo
PR
PR
CLR
CLR
No pueden estar activas a la vez
BIESTABLES SÍNCRONOS
Entradas de reloj → CK, CLK, CLOCK ...
nivel alto
CLK
Disparo por nivel
nivel bajo
CLK
flanco de
subida
CLK
Disparo por flanco
flanco de
bajada
CLK
BIESTABLES SÍNCRONOS
Entradas síncronas → dependen del reloj → R, S, J, K, T, D
R
J
S
K
T
BIESTABLES SÍNCRONOS
Orden de prioridad:
1.- Entradas Asíncronas
2.- Entrada de Reloj
3.- Entradas Síncronas
PR
R
PR
Q
S
R
Q
S
Q
CLK
Q
CLK
CLR
CLR
BIESTABLES SÍNCRONOS
BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR NIVEL
R
Q
S
Q
C
C
0
1
1
1
1
S
X
0
0
1
1
R
X
0
1
0
1
Q
Q
Q
0
1
1
Q
Q
Q
1
0
1
BIESTABLES SÍNCRONOS
BIESTABLE RS SÍNCRONO CON ENTRADAS ASÍNCRONAS
PR
R
Q
S
PR CLR
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
C
X
X
X
S
X
X
X
0
1
0
1
R
X
X
X
0
0
1
1
Q(t+1)
1
0
Indeseado
1*
Q(t)
1
0
Indeterminado
Q
CLK
CLR
BIESTABLES SÍNCRONOS
BIESTABLE RS SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO (FLIP-FLOP)
C
S
X
0
0
1
1
R
X
0
1
0
1
Q
Q
Q
0
1
1
Q
Q
Q
1
0
1
R
Q
S
CLK
Q
BIESTABLES SÍNCRONOS
BIESTABLE JK MAESTRO ESCLAVO (MASTER-SLAVE)
BIESTABLES SÍNCRONOS
FLIP-FLOP JK SÍNCRONO ACTIVADO POR FLANCO
J
Q
J
K
K
Q
CLK
C
S
X
0
0
1
1
Q
R
X
0
1
0
1
Q
CLK
Q
Q
Q
0
1
Q
Q
Q
Q
1
0
Q
C
S
X
0
0
1
1
R
X
0
1
0
1
Q
Q
Q
0
1
Q
Q
Q
Q
1
0
Q
BIESTABLES SÍNCRONOS
BIESTABLE TIPO D
C
0
0
0
0
1
1
1
1
D
0
0
1
1
0
0
1
1
Q(t)
0
1
0
1
0
1
0
1
Q(t+1)
0
1
Modo memoria
0
1
0
0
Modo transparente
1
1
D
CLK
Q
Q
BIESTABLES SÍNCRONOS
FLIP-FLOP TIPO D
BIESTABLES SÍNCRONOS
FLIP-FLOP TIPO T
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA SERIE SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA SERIE
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO ENTRADA PARALELA SALIDA PARALELA
CONTADORES
Definición: Circuito secuencial cuyas salidas representan en un
determinado código el número de impulsos que se aplican a la entrada
Estructura: Biestables activados por flanco (FF) conectados entre sí
Módulo (M): número de valores por los que pasa (divisor por M)
Tipos:
•Ascendentes
•Descendentes
Tipos:
•Asíncronos → Los FF no comparten la misma señal de reloj
•Síncronos → Los FF comparten la misma señal de reloj:
•Síncronos propiamente dichos
•Contadores basados en registros de desplazamiento
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS
Secuencia
de cuenta
Condiciones de funcionamiento
A2 A1 A0
0
0
0
0
0
1
A0 cambia de 0 a 1
0
1
0
A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
0
1
1
A0 cambia de 0 a 1
1
0
0
A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 1 a 0; A2 cambia
1
0
1
A0 cambia de 0 a 1
1
1
0
A0 cambia de 1 a 0; A1 cambia de 0 a 1.
1
1
1
A0 cambia de 0 a 1
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Utiliza FF tipo T o tipo JK
QA
J
Entrada de
impulsos a
contar
J
Q
K
QC
J
Q
Q
l
l
K
Q
CLK
CLK
CLK
l
“1”
QB
Q
l
K
Q
l
Problema → lento ya que cada FF debe esperar a que el anterior bascule
Módulo = M = 2n = 23 = 8 impulsos
CONTADORES
CONTADORES ASÍNCRONOS → Módulo ≠ 2n
Se parte de un contador de M = 2n y se conecta la primera combinación no
deseada mediante una NAND a las entradas CLEAR de los FF JK o T.
Ej: contador M = 12
J
Entrada de
impulsos a
contar
l
K C
J
Q
l
KC
l
Q
l
K C
l
l
J
l
CLK
CLK
CLK
l
“1”
J
Q
l
Q
CLK
l
K C
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
TABLA DE TRANSICIONES
SEÑALES DE CONTROL
ESTADO
ESTADO ACTUAL
ENTRADAS SÍNCRONAS
SIGUIENTE
QD
QC
QB
QA
QD
QC
QB
QA
JD
KD
JC
KC
JB
KB
JA
KA
0
0
0
0
0
0
0
1
0
X
0
X
0
X
1
X
0
0
0
1
0
0
1
0
0
X
0
X
1
X
X
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
X
0
X
X
0
1
X
0
0
1
1
0
1
0
0
0
X
1
X
X
1
X
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
X
X
0
0
X
1
X
0
1
0
1
0
1
1
0
0
X
X
0
1
X
X
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
X
X
0
X
0
1
X
0
1
1
1
1
0
0
0
1
X
X
1
X
1
X
1
1
0
0
0
1
0
0
1
X
0
0
X
0
X
1
X
1
0
0
1
1
0
1
0
X
0
0
X
1
X
X
1
1
0
1
0
1
0
1
1
X
0
0
X
X
0
1
X
1
0
1
1
1
1
0
0
X
0
1
X
X
1
X
1
1
1
0
0
1
1
0
1
X
0
X
0
0
X
1
X
1
1
0
1
1
1
1
0
X
0
X
0
1
X
X
1
1
1
1
0
1
1
1
1
X
0
X
0
X
0
1
X
1
1
1
1
0
0
0
0
X
1
X
1
X
1
X
1
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Simplificamos por Karnaugh:
JD=KD=QAQBQC
JC=KC=QAQB
JB=KB=QA
JA=KA=“1”
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
QA
Entrada de
impulsos a
contar
l
QB
Q
J
l
K
Q
J
l
K
l
“1”
l
l
Q
J
l
CLK
CLK
CLK
l
QD
l
l
J
QC
l
K
Q
CLK
l
K
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
Podemos ahorrar puertas lógicas si nos damos cuenta que:
JA=KA=“1”
JB=KB=QA
JC=KC=JBQB
JD=KD=JCQC
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: Contador M = 16 con biestables JK M/S
QA
C
l
QB
Q
l
l
K
J
Q
J
l
l
K
Q
J
l
CLK
CLK
CLK
QD
l
l
J
QC
l
“1”
l
K
Q
CLK
l
K
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS → Ej: UP/DOWN Counter M = 5
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contador
de la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS DE CUALQUIER SECUENCIA → Ej: Contador
de la secuencia “2, 3, 5, 1, 7, 2, 3,...”
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DE
DESPLAZAMIENTO → CONTADOR EN ANILLO
CONTADORES
CONTADORES SÍNCRONOS BASADOS EN REGISTROS DE
DESPLAZAMIENTO → CONTADOR JOHNSON O ANILLO INVERTIDO