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• Víctor Renato Díaz Cajas

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA, TELECOMUNICACIONES, CONTROL Y REDES DE INFORMACIÓN

LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES

TRABAJO PREPARATORIO DE:

SISTEMAS DIGITALES Práctica #: 11 Tema: DISEÑO DE REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

Realizado por: Alumno(s):

Renato Díaz / Alex Morales / Cristhian Lema

Grupo: GR2

Fecha de entrega:

2014 / 05 / 24 / año mes día

Sanción:

Período:

ENERO – JUNIO 2014

f. Recibido por:

1. OBJETIVO: Familiarizar al estudiante con la utilización de los registros de desplazamiento. 2. CUESTIONARIO: 2.1. Consultar las características de los Contadores en Anillo y los contadores Jhonson.

CONTADORES DE ANILLO Los contadores en anillo son registros de desplazamiento circular en el que solo un Flip-Flop está establecido en cualquier instante dado, los demás están despejados. El bit solitario se desplaza de un Flip-Flop al siguiente para producir una sucesión de señales de temporización. En la siguiente figura se puede observar un registro de desplazamiento de cuatro bits conectado como contador anular. El valor inicial del registro es de 1000. El bit 1 se desplaza a la derecha con cada pulso de reloj y al llegar a T3 circula de vuelta a To. Cada flip-flop está en el estado 1 una vez cada cuatro ciclos de reloj y produce una de las cuatro señales de temporización.

Para generar 2n señales de temporización, se requiere de desplazamiento con 2 n flip-fñps o bien un contador binario de n bits junto con un decodificador de n a 2 n líneas. Por ejemplo, podemos generar 16 señales de temporización con un registro de desplazamiento de 16 bits conectado en anillo, o con un contador binario de cuatro bits y un decodificador de 4 a 16 líneas. En el primer caso se necesitan 16 filip-flops, pero en el segundo caso se necesita cuatro flip-flops y 16 compuertas AND de cuatro entradas para el decodificador. En la gráfica siguiente se tiene un contador anular de 4 bits con flip-flops J-K y se puede observar la salida del último flip-flop conectada a la entrada del primero. Normalmente se implementa con flip-flops con entradas de PRESET y CLEAR, conectados en cascada y disparados de forma síncrona. Por lo tanto, un contador en anillo es un contador síncrono

La tabla presenta los estados por los que pasa nuestro contador de 4 bits, una vez inicializado.

El principal inconveniente del contador en anillo es que para procesar n estados necesita n flip-flops. Sin embargo, no necesita lógica añadida, ni para construir el siguiente estado, ni para decodificar el estado. Debido a éste último, el contador en anillo es (junto con el

contador Johnson) el más rápido que podemos construir, presentando una frecuencia máxima de funcionamiento

CONTADORES JOHNSON Aparte de los contadores binarios que pasan por todos sus posibles estados y de los de secuencia truncada, en los cuales el número máximo de posibles estados es 2n, donde n corresponde al número de flip-flops, existen contadores que tengan un número de estados determinado por la regla 2n, donde n es el número de flip-flops. Además estos contadores poseen una realimentación de la salida complementaria de la última etapa independiente del número de etapas del contador, a la entrada del primer flip-flop, dando como resultado una secuencia característica. En el diagrama lógico se muestra un contador de Johnson ascendente de tres bits diseñado a partir de flip-flops Data con disparo por borde de subida. Debido a que posee tres flip-flops, su número máximo de estados es 6, con un ciclo básico que va desde cero (000) luego el contador se llenará de 1s de izquierda a derecha y luego se llenara de nuevo de 0s en forma repetitiva como se puede observar en el diagrama de tiempos.

2.2. Consultar acerca de la suma serial. ¿Cuál es la utilidad de los registros de desplazamiento en este caso? Las operaciones de las computadoras digitales por lo regular se efectúan en paralelo porque este modo de operación es más rápido. Las operaciones en serie son más son más lentas, pero tienen ventaja de requerir menos equipo. Los dos números binarios que se sumaran en serie se almacenaran en dos registros de desplazamiento. Los bits se suman par por par utilizando un solo circuito de sumador completo (SC), como se observa en la figura

El acarreo de salida del sumador completo se transfiere a un flip-flop D. la salida de este flip-flop se utiliza entonces como acarreo de entrada para el siguiente par de bits significativos. El bit de suma S del sumador completo podría transferirse a un tercer registro de desplazamiento. Al desplazar la suma a A mientras se desplazan hacia afuera los bits de A, es posible utilizar un solo registro para almacenar los bits tanto de un sumando como de la suma. La entrada en serie del registro B sirve para transferir a B un nuevo número binario mientras los bits del sumando se desplazan hacia afuera durante la suma. La sumadora serie funciona de la siguiente manera. Inicialmente, el registro A contiene el primer sumando, el registro B contiene el segundo sumando y el flip.flop de acarreo esta en cero. Las salidas (SO) de A y B alimentan a un par de bits significativos al sumador completo de X y Y. La salida Q del flip-flop alimenta el acarreo de entrada Z. El control de desplazamiento habilita ambos registros y el flip-flop de acarreo de modo que, en el siguiente pulso de reloj ambos registros se desplazan una vez; el bit de suma S ingresara en el flip-flop de extrema izquierda de A, y el flip-flop de acarreo de salida se transferirá al flip-flop Q.El control de desplazamiento habilita los registros durante un número de pulsos de reloj igual al número de bits que hay en los registros. Con cada pulso de reloj sucesivo, un nuevo bit de suma se transfiere a A, un nuevo acarreo se transfiere a Q y ambos registros se desplazan una vez a la derecha. Este proceso continua hasta que el control de desplazamiento se inhabilita. Así pues, la suma se efectúa pasando cada par de bits, junto con el acarreo anterior, por un solo circuito de sumador completo, y transfiriendo la suma, bit por bit, al registro A.

2.3. Investigue acerca de los convertidores serie – paralelo y paralelo – serie. La aplicación más inmediata de los registros de desplazamiento son en la conversión de datos paralelo a serie y viceversa. En efecto, la mayoría de los

equipos digitales trabajan con grupos de datos formados por palabras de varios bits, si estos datos se deben sacar al exterior a través de una línea uni ca habrá que realizarlos en serie, por lo que es preciso de interponer un registro-paralelo serie. Por el contrario si se debe entrar los datos por una línea única al interior de un equipo se debe interponer a la entrada un convertidor serie-paralelo.

Los registros paralelo- paralelo se utilizan para retener en él un dato de varios bits para su posterior utilización.

2.4. Investigar sobre las aplicaciones de los registros de desplazamiento tanto serie como paralelo

Tipos de registros de desplazamiento

Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como: 

Serie-Serie: sólo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización.



Paralelo-Serie: son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero sólo la salida del último. Normalmente también existe una entrada serie, que sólo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.



Serie-Paralelo: son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como el RS232.



Paralelo-Paralelo: tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para cálculos aritméticos.

Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama así porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos. Otros registros de desplazamiento conocidos, fabricados también con la tecnología CMOS, son el 74HC165 (entrada paralelo, salida serie) y 74HC164 (entrada serie, salida paralelo). APLICACIONES: Además de la conversión serie-paralelo y paralelo-serie, los registros de desplazamiento tienen otras aplicaciones típicas entre las cuales podemos mencionar: 

Generador pseudoaleatorio. Se construye con un registro de desplazamiento, realimentando a la entrada una combinación de varias salidas, normalmente un or exclusivo entre ellas.



Multiplicador serie. Se realiza la multiplicación mediante desplazamientos. Un ejemplo es el 74LS384.



Registro de aproximaciones sucesivas. Se usa en conversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el más significativo. Mediante un conversor DAC se compara la entrada analógica con los resultados parciales, generando el siguiente bit.

sumas y



Retardo. Se pueden utilizar para retardar un bit un número entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits). Formas de construir registros de desplazamiento

Se pueden combinacionales y secuenciales). Por ejemplo: 

Registro de entrada paralelo y salida serie. Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deberá estar en modo de carrera libre.



Registro de entrada serie y salida paralelo. Similar al caso anterior, se sustituye el muliplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos.



Biestables en cascada. Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es más aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio (y el precio del integrado es muy asequible) y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y la funcionalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.

3. CONCLUSIONES:



En los registros de desplazamiento tenemos que existen cuatro modos de operación los cuales son: entrada serie – salida serie; entrada serie – salida paralelo; entrada paralelo – salida serie y entrada paralelo – salida paralelo.



Un registro de desplazamiento es un conjunto de flip-flops , tomando en cuenta este concepto podemos decir que si se desea tener un registro de n bits, entonces se necesitarían de n flip-flops, de lo cual tenemos que cada flip-flop es capaz de almacenar un bit.



Un registro de desplazamiento es un circuito digital secuencial, es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores.

4. BIBLIOGRAFÌA:



Sistemas digitales



http://www.dte.us.es/personal/amolina/contadores%20y%20registros/conta dores%20y%20registros.pdf



http://atc2.aut.uah.es/~rico/docencia/asignaturas/informatica/lab_org_comp /archivos/Practicas/Practica%201-6.pdf

ING. Carlos Novillo Tomo2