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“Año del buen servicio al ciudadano”

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA E. P. INGENIERIA ELECTRONICA

LABORATORIO 3 DE SISTEMAS DIGITALES INFORME PREVIO DE REGISTROS PROFESOR: ING. DARIO UTRILLA SALAZAR GRUPO HORARIO: 92G ALUMNO: VILLENA ALVAREZ ROMULO MANUEL

2018 - V

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad De Ingeniería Eléctrica Y Electrónica Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

I.

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INTRODUCCIÓN

En este laboratorio, se desarrolla el análisis funcional de los circuitos secuenciales desarrollados con los biestables (Latch y Flip Flops); que permiten realizar funciones diversas con la información digital (desplazamiento, conversiones serieparalelo, paralelo-serie, almacenamiento, etc) los cuales representan tareas importantes en un diseño digital viabilizando las funciones a desarrollar en una aplicación de un sistema digital de lógica cableada. II.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES     

Analizar e Implementar los diversos circuitos de registros de desplazamiento (Shift register), registros de almacenamiento, registro universal; utilizando dispositivos integrados TTL y CMOS. La visualización del funcionamiento de cada una de los circuitos de registros son implementados utilizando diodos leds en las salidas. Implementar circuitos básicos con IC TTL y CMOS. Adquirir destreza para el montaje y cableado de circuitos digitales en el prothoboard.y/o en circuito impreso. Que el estudiante aprenda utilizar los principios básicos para el análisis de circuitos digitales secuenciales mediante simuladores y que tenga la capacidad de realizar la detección de fallos, corregirlos y comprobar su buen funcionamiento.

1. OBJETIVOS ESPECIFICOS

  

Para cada circuito y/o dispositivo integrado considerado en el laboratorio. Buscar las referencias correspondientes en los manuales técnicos adecuados y/o internet. Se analizara la operación de los circuitos secuenciales para determinar su respuesta en el tiempo (desarrollo de Tabla de estados y construcción del diagrama de tiempo). Implementar cada circuito en prothoboard, analizar su funcionamiento y luego comprobar el funcionamiento de cada uno de ellos; utilizando visualizadores led para las señales de salidas.

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III.

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RESUMEN

El experimento consta de circuitos secuenciales que desarrollan las funciones de registros, por lo que se debe atender especial atención de su análisis, funcionamiento, operación de los circuitos y los resultados obtenidos (respuesta de funcionamiento del circuito, diagramas de tiempo). Por lo que se recomienda efectuar las consultas previas en los apuntes de clases, manuales técnicos adecuados en relación a los dispositivos a emplear y los circuitos digitales a implementar. Por ultimo se implementa el circuito con los circuitos integrados realizando conjuntamente pruebas individuales de su funcionamiento y al terminar dicho proceso se procede a hacer las verificaciones y desarrollo de las tablas de estados y construir los diagramas de tiempo.

1. los tipos característicos de los registros y analizar cada uno de ellos (Los circuitos y sus características, tablas de estados y diagramas de tiempo). Los registros son circuitos secuenciales conectados por una serie de biestables conectados en cascada. Tienen diversas aplicaciones prácticas como:   

Transmitir y recibir datos en serie y en paralelo. Conversión de datos en formato serie y paralelo y viceversa. Almacenamiento de información (memoria).

Podemos clasificar a los registros de la siguiente manera: Serie-Serie: sólo la entrada del primer flip-flop( en el cual se le puede añadir diversos datos ) y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización.

Paralelo-Serie:

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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. Este tipo y el siguiente se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa.

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.

En este tipo de registros con salida en paralelo se dispone de la salida de cada flip-flop por lo que una vez almacenados los datos cada bits se representa en su 4

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respectiva salida. De esta manera todos los bits de salida estarán disponibles al mismo tiempo.

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).

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2. Describir las características específicas de los registros: De desplazamiento, almacenamiento, universal, direccionable y sus aplicaciones. Registro de desplazamiento universal bidireccional de 4 bits El 74HC194 es un ejemplo de registro de desplazamiento bidireccional universal en formato integrado. Se denomina universal porque a una las capacidades de los anteriores circuitos integrados estudiados: tiene capacidad de entrada y salida tanto serie como paralelo. Se denomina bidireccional porque los desplazamientos pueden ser tanto de izquierda a derecha como de derecha a izquierda. Un registro de desplazamiento se puede utilizar como contador en anillo sin más que unir la salida a la entrada serie. Aplicaciones comunes de los registros de desplazamientos:   

Multiplicación x2 (desplazamiento de un bit hacia la izquierda) ej 74LS194. División x2 (desplazamiento de un bit hacia la derecha) ej 74LS194. Conversión serie-paralelo: Nos permite pasar una información binaria en serie a paralelo. 6

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 



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Conversión paralelo-serie: Nos permite pasar una información binaria en paralelo a serie. Generador de secuencia. Detector de secuencia: Si se conecta a la salida de los flipflop un decodificador puede reconocerse una secuencia cada vez que se presente en la entrada. Generador de retardo: Un valor de entrada saldría n pulsos mas tarde en la salida.

3. De los manuales técnicos obtener los IC TTL y CMOS que cumplen con las funciones de registros: De desplazamiento, almacenamiento, universal, direccionable, analice brevemente su tabla de verdad, diagrama de tiempo. Y funcionamiento. REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO UNIVERSAL TTL 74194

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En la figura se muestra tanto la representación de bloques como el diagrama circuital de un registro de desplazamiento universal de 4 bits. La cual cuenta con 10 entradas y 4 salidas; estas últimas están conectadas a la salida de cada flip flop(Q) en el circuito integrado. A través de las entradas A,B,C,y D se cargan los datos en paralelo. Dsr y Dsl entradas a través de las cuales se introducen datos al registro de manera serial (bit a bit) Dsr Es la entrada serie de desplazamiento a la derecha la cual introduce los bits por la posición B. CP es la entrada de reloj.(lown y hight) MR al activar la señal se ponen todos los flip-flop a cero. S0 y S1 A través de estas señales de control elegiremos el modo en que queremos que funcione nuestro circuito desplazamiento izquierda, desplazamiento derecha y carga en paralelo.

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TABLA DE FUNCIONAMIENTO:

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74LS164: es un registro de desplazamiento con dos entradas serie y salida paralelo de 8 bits. Este registro cuenta también con una entrada asíncrona de CLEAR, y una entrada de reloj que funciona con transición positiva.

74LS165: Este es un registro de desplazamiento con carga paralelo de 8 bits, y salida serie. Este circuito es un registro de desplazamiento de izquierda a derecha,

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que posee entrada de reloj y salidas QH y QH’. La entrada de la carga en paralelo se activa mediante un 0L en la entrada Shift/Load

74LS195: contiene a un registro de desplazamiento con carga paralelo. El desplazamiento es de QA a QD. Este registro de desplazamiento cuenta también con una entrada asíncrona de borrado, y una entrada de reloj que trabaja con transiciones negativas de reloj. Funcionamiento: Cuando el pin de puesta a cero tiene un nivel lógico bajo, independientemente del estado del resto de entradas, las salidas pasarán a estar todas a cero. Si está a nivel lógico alto el registro puede trabajar en dos modos de funcionamiento diferentes: - Carga en paralelo; se aplican los 4 bits de datos a las entradas A, B, C y D y forzando la entrada a nivel bajo. Estos datos aparecen en las salidas QA, QB, QC y QD, respectivamente, después del siguiente flanco de subida de la señal de reloj. Durante la carga en paralelo queda inhibido el desplazamiento. - Desplazamiento; la entrada se aplica a las entradas J-

debe estar a nivel alto. El dato serie

. Estas entradas permiten utilizar la primera etapa de

salida QA como un biestable J- , D o T. A cada flanco ascendente de la señal de reloj los datos de entrada serán desplazados por cada salida desde QA hasta QD . Es decir, a cada flanco ascendente del reloj QA tomará el valor resultante del biestable J-

; QB el valor que tenía QA; QC el valor que tenía QB y QD el de QC.

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74LS198:

4. Cuál es la diferencia entre un registro de desplazamiento y un registro de almacenamiento; así como la diferencia entre un registro universal y un registro direccionable.; muestre circuitos prácticos para explicarlos. Diferencia entre registro de desplazamiento y almacenamiento. se diferencian por la conexión que tienen cada uno de ellos en las entradas ,salidas y los Flip-Flop que componen a cada una. En el registro de almacenamiento las entradas y salidas asíncronas son independientes de cada flip-flop en cambio en la de desplazamiento están conectadas entre sí en serie o cascada. Diferencia entre registro universal y direccional. El registro universal se puede modificar para que funcione como cualquier registro de desplazamiento, carga paralela o memoria. En cambio el registro direccionable solo se utiliza para el 12

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desplazamiento de datos, para el caso de los dirrecionable puede también haber un bidireccionable pero la idea es la misma se utiliza los desplazamiento de datos. 5. Analice el funcionamiento de los IC´s. 74LS75, 7491, 74164,74LS165, 74194, 74273, 74373, 74374, 74377; investigar sus características, especificaciones técnicas. Analice circuitos prácticos con registros.

Tabla de la verdad del 7475 La transición de la entrada a la salida se realiza por nivel alto de la señal de CK.

Este circuito integrado contiene 4 flip flops, biestables o latchs tipo D, hay dos señales de CK1-2 y CK3-4, cada una controla dos flip flops. Este circuito se suele utilizar para almacenar datos temporalmente, como si fuera una pequeña memoria. 7491 13

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Es un circuito integrado que funciona como registro de desplazamiento de 1 bits. 4uenta con 9/ pines siendo del tipo siso.

74164

El 74164 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es un registro de desplazamiento con entrada en serie y salida paralelo, este circuito consta de una entrada de datos (A y B), una entrada de reloj (T o CLK) y una entrada de reset o puesta a cero de los biestables internos (R o CLR), también dispone de 8 salidas de QA a QH que sera por donde obtendremos los datos que se van desplazando con la ayuda de la señal de reloj. El funcionamiento es muy sencillo es un circuito digital secuencial en el que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores. Internamente esta formado por biestables tipo D conectados en serie pero actuando todos con la misma señal de reloj. El bit de menor peso es la salida QA y el de mayor peso QH, por ejemplo para colocar un “1” lógico en la salida QA tendremos que colocar un “1” en las entradas A y B, y posteriormente aplicar un flanco de subida en la entrada de reloj. En la tabla de la verdad del circuito se puede ver como se comporta al aplicarle diferentes combinaciones en sus entradas. 14

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X” Puede ser cualquier nivel lógico L o H. “↑” Los biestables del circuito se activan por el flanco ascendente de la señal de reloj. Este registro de desplazamiento no es bidereccional, el sentido del desplazamiento de bits solo lo podemos hacer en una dirección de QA a QH 74LS165: Este es un registro de desplazamiento con carga paralelo de 8 bits, y salida serie. Este circuito es un registro de desplazamiento de izquierda a derecha, que posee entrada de reloj y salidas QH y QH’. La entrada de la carga en paralelo se activa mediante un 0L en la entrada Shift/Load

Registro universal con 74194 Para observar el funcionamiento de los registros universales que permiten trabajar en modo paralelo, serie y todas las combinaciones posibles entre ellos, he creado este circuito para Proteus basado en dos 74LS194 funcionando en cascada. Se pueden probar todas las combinaciones mediante los interruptores de 'Modo', ralizar cargar paralelo y serie y visualizar en barras de led los desplazamientos.

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74273 Circuito Integrado TTL 74LS273. Ocho Flip-flop tipo D. El 74LS273 es un biestable octal tipo D con una clara utilizan circuitos TTL para implementar la lógica de tipo D del flip-flop con una entrada de borrado directo. Información en la reunión Dentradas de los requisitos de tiempo de configuración se transfiere a las salidas Q en el borde con pendiente positiva del pulso de reloj. Reloj de activación se produce a un nivel de tensión particular y no está directamente relacionada con el tiempo de transición del pulso con pendiente positiva. Cuando la entrada de reloj es ya sea a nivel alto o bajo, la señal de entrada D no tiene efecto en la salida.   

Ocho flip-flop con salidas de un solo carril cada una Buffered clock and direct clear inputs Entrada de datos individuales para cada flip-flop

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74373 y 74374

El circuito integrado 74374 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es un registro de 8 latches tipo D con salida triestado. Tiene 2 entradas de control, el pin 1 OE es activo por nivel bajo, eso quiere decir que cuando tengamos este pin a nivel alto 17

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los pines de salida (1Q..8Q) están en el estado de alta impedancia, como si no estuvieran conectados. El circuito 74374 y 74373 son muy similares en cuanto a pines, su diferencia más significativa es que en el 74374 la carga de los latches se realiza por el flanco ascendente de la señal de reloj y en el 74373 se realiza por nivel alto. El pin 11 es la entrada de clock para los 8 latches o flip flops cuando pasa de nivel bajo a nivel alto se realiza la carga. En la tabla de la verdad se pueden observar todas las combinaciones para este circuito. También dentro de la familia TTL hay otro circuito parecido, el 74273 que tiene la entrada OE cambiada por una entrada de RESET permitiendo poner todas las salidas a nivel cero.

74377

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El circuito integrado 74377 o subfamilia (LS, F, S, HCT,..) es un registro de 8 latches tipo D con salidas en dos estados solo, si queremos el mismo circuito con salidas en triestado tendremos que recurrir al 74374. El 74377 tiene 2 entradas de control, el pin 1 E es activo por nivel bajo, eso quiere decir que cuando tengamos este pin a nivel alto los pines de salida no registraran ningún cambio aunque cambiemos el valor de las entradas y CLK. El pin 11 es la entrada de clock para los 8 latches o flip flops cuando pasa de nivel bajo a nivel alto (flanco ascendente de la señal) se realiza la carga. En la tabla de la verdad se pueden observar todas las combinaciones para este circuito.

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