Universidad Nacional Mayor De San Marcos: Facultad De Ingenieria Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA CURSO: SISTEMAS DIGITALES DOCENTE: ING.

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA

CURSO:

SISTEMAS DIGITALES

DOCENTE:

ING. CASIMIRO PARIASCA OSCAR

NOMBRE:

FLORES SANCHEZ, PEDRO ANTONIO

CODIGO:

12190283

2020 LABORATORIO N° 3: REGISTROS Y TRANSFERENCIA DE DATOS

I. OBJETIVOS   

Analizar diferentes tipos de registros con TTL y CMOS. Analizar la transferencia de datos entre registros de desplazamiento. Desarrollar aplicaciones prácticas utilizando diferentes tipos de registros.

II. CUESTIONARIO PREVIO 1. ¿Qué es un registro? Explicar la característica de funcionamiento de los registros: a) de desplazamiento b) de almacenamiento c) universal Los registros son circuitos secuenciales conectados por una serie de biestables (flip flop tipo D o tipo T) 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 y almacenamiento de información (memoria). Existen los siguientes tipos almacenamiento, universal.

de

registros:

de

desplazamiento,

a) Registro de desplazamiento: Es un conjunto de flip-flops conectados de tal forma que los números binarios almacenados en él son desplazados de un flip-flop al siguiente con cada pulso de reloj aplicado. Existen dos tipos de registros de desplazamiento: serie y paralelo. En un registro paralelo los bits se almacenan simultáneamente a partir de líneas paralelas, mientras que en un registro de desplazamiento serie, los bits se almacenan de uno a uno. Estos dos tipos se emplean, entre otras cosas, para transformar palabras de información en paralelo a una sucesión de bits sobre una línea, es decir, datos serie (registro de desplazamiento paralelo-serie), o una sucesión de datos en serie en una palabra de datos en paralelo (registro de desplazamiento serie- paralelo). Existen registros de desplazamiento bidireccionales, que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, además de bidireccionales permiten la carga en paralelo.

Un registro de desplazamiento que permite almacenar temporalmente n bits estará formado por n biestables. Tipos de registros de desplazamiento: * Registros con entrada y salida serie (SISO) Los datos deben introducirse en serie, es decir, bit a bit por una única línea. La salida se obtendrá de la misma manera.

* Registros con entrada paralelo y salida paralela (PIPO)

* Registros con entrada serie y salida paralelo (SIPO) 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 bit se representa en su respectiva salida. De esta manera todos los bits de salida estarán disponibles al mismo tiempo.

* Registros con entrada paralelo y salida serie (PIPO) En este tipo de registros los bits de datos se introducen simultáneamente a través de líneas paralelo en lugar bit a bit. La salida serie se hace de igual modo que en el primer caso explicado una vez que los datos hayan sido almacenados. El funcionamiento de un registro de desplazamiento de 8bits con carga en paralelo, utilizaremos como ejemplo:

Este dispositivo posee una entrada (PL) que estando a nivel bajo activa todas las puertas NAND permitiendo la carga de los datos de entrada en paralelo. Cuando a la entrada nos encontramos un “1” el flip-flop correspondiente pasa al estado de SET de manera asíncrona debido al nivel bajo de la puerta superior. Por el contrario, cuando la entrada es “0” el flip-flop pasará a estado de RESET de forma asíncrona por el mismo motivo. Este dispositivo tiene la opción de introducir también los datos en serie a través de la entrada SER. Las salidas de datos serie del registro son Q7 y Q7’.

b) Registros de almacenamiento También están formados por un conjunto de flip flop, en la implementación se usa bastante el flip flop tipo D. El registro de almacenamiento, tal como dice su nombre, almacena una cantidad de bits mediante una señal de control que permite el guardado de estos datos. Los registros de almacenamiento se pueden construir como circuitos asíncronos, cuando se usa una señal de habilitación para el guardado de la señal de entrada, o mediante un circuito síncrono, mediante la señal de reloj que permite el paso de estos datos en un flanco determinado.

c) Registro universal

Se caracterizan por la cantidad de tareas que puede realizar, un registro universal puede, por ejemplo, realizar la tarea de un registro de desplazamiento en ambos sentidos, además de cumplir la tarea de un registro de almacenamiento, teniendo un estado de memoria que almacena los datos no importando si varían los datos de entrada. Un registro universal también puede realizar la tarea de carga paralela, que significa transferir simultáneamente una cantidad de bits. Características: Un registro universal es aquel que tiene todas las formas de lectura y escritura posibles (tanto en serie como en paralelo) Ejemplo: Diseñar un registro universal de 4 bits que tenga las siguientes operaciones: desplazamiento a la derecha, desplazamiento a la izquierda, carga en paralelo y clear. Comenzaremos a resolver este ejercicio. Nos piden cuatro operaciones, las dos primeras, de desplazamiento a la derecha y a la izquierda, necesariamente tienen que ser síncronas para que con cada pulso del reloj puedan ir desplazándose los bits de uno en uno. La carga y el clear pueden ser síncronas o asíncronas. Vamos a resolver este problema haciendo el clear asíncrono y la carga síncrona. Tenemos un total de 4 operaciones a realizar más la de inhibición que debe tener todo diseño de registro ya que esta es la equivalente a mantener la información. Está claro que para implementar la operación asíncrona se necesita que los cuatro biestables que forman parte del registro tengan entradas asíncronas, en este caso del CI, el cual se conecta directamente con la entrada del CLEAR del registro. Las otras cuatro operaciones síncronas, se van a codificar en dos líneas de control S1, S0, tal como se muestra en la siguiente gráfica generalizada:

2. ¿Por qué se consideran los registros de desplazamiento dispositivos básicos de memoria? ¿Cuál es la capacidad de almacenamiento de un registro que puede contener 2 bytes de datos?

Consideraremos brevemente otra forma de agrupar conjuntos de registros consistentes en «apilarlos» (cada uno «encima» del anterior) formando una columna de ellos; el acceso a los registros será secuencial: habrá que leer y escribir en ellos según el orden de la columna. La agrupación de varios registros «en vertical», de manera que reciban la información por las entradas del primero de ellos y la devuelvan por las salidas del último registro, da lugar a una pila; el conjunto equivale a una «memoria de desplazamiento», capaz de almacenar secuencialmente varias palabras binarias y devolverlas en el mismo orden en que las ha recibido: pila FIFO (first in, first out), la primera palabra en entrar será también la primera en salir. El desplazamiento se produce a través de los sucesivos registros; en t al sentido, una pila FIFO de n registros de m bits puede construirse con m registros de desplazamiento de n bits cada uno de ellos, orientados «verticalmente» y colocados unos al lado de otros. .1 byte= 8 bits de datos .2 bytes=16 bits de datos 3. Explique la diferencia entre la puesta a cero mediante un reset y la carga de una entrada de todos ceros en un registro. En un registro de desplazamiento, la diferencia de poner cero en las entradas (carga de entrada sea de ceros) y poniendo ceros mediante el reset es la velocidad de colocar todas las salidas a cero. En este caso el reset ofrece esta característica sin necesidad de poner ceros seguidos en la entrada. Esto permite limpiar rápidamente el registro, en este caso de desplazamiento.

4. Para el circuito mostrado en la figura, dibujar las formas de onda de las señales de control SC1, SC2, SC3 y la de CLK, para que la información digital de 3 bits disponible en las salidas de los registros A, B o C sea transferida a los registros D. Explique el funcionamiento del circuito.

Como podemos observar, el estado de nuestros controladores determinará qué datos son transferidos a nuestros flip flops D. Así tenemos los siguientes casos:  SC1=1, SC2=0, SC3=0  Los datos A son transferidos a los flip flops D.  SC1=0, SC2=1, SC3=0  Los datos B son transferidos a los flip flops D.  SC1=0, SC2=0, SC3=1  Los datos C son transferidos a los flip flops D. Observemos que, en los casos expuestos, no existen dos o tres controladores con estado lógico 1 a la vez; ello se debe a que provocaría confusiones en el dispositivo y nos daría falsos resultados. Con respecto al clock de nuestros flip flops (al cual llamaremos clock 2), solo habrá señal de clock 2 cuando uno de nuestros controladores sea 1. En caso de que los tres sean 0, el estado lógico del clock 2 será 0 en todo momento. Diagrama de tiempo:

Como podemos observar, nuestros controladores van a determinar cuáles datos van a ser transferidos. Esta transferencia solo va a tener lugar durante el flanco de bajada de cada clock, puesto que en nuestro diagrama el clock está negado. 5. Explicar el modo de funcionamiento del CI 74LS164. Explique el uso de las entradas serie A y B. Indique una aplicación de este registro de entrada serial y salida paralelo. Dibujar las formas de onda de cada una de las salidas Qa, Qb, Qc, …, Qh para las entradas mostradas:

Circuito integrado 74LS164: Registro de desplazamiento de 8 bits, entrada serial y salida paralela, 2 entradas de datos con función AND, entrada de reloj activada por flanco de subida. Las entradas en serie (A y B) permiten un control completo sobre los datos entrantes, ya que un valor bajo en cualquiera de las entradas inhibe la entrada de los nuevos datos y restablece el primer flipflop al nivel bajo en el siguiente impulso de reloj. Una entrada de alto

nivel habilita la otra entrada que determinará el estado del primer flipflop. Los datos en las entradas en serie se pueden cambiar cuando el reloj es alto o bajo, pero solo se ingresará la información que cumpla con los requisitos de tiempo de configuración. La sincronización ocurre en la transición de nivel bajo a alto de la entrada del reloj. Todas las entradas están sujetadas por diodos para minimizar los efectos de la línea de transmisión. Diagrama de tiempo:

Como podemos observar en el diagrama, la entrada CLEAR es asíncrona, activa en bajo y tiene prioridad sobre las demás entradas. 6. ¿Cuáles son los modos de operación del registro de desplazamiento Universal bidireccional 74LS194? Explicar las características de funcionamiento de este registro. El SN74LS194A es un registro de cambio universal l bidireccional de alta velocidad de 4 bits. Debido a su construcción secuencial multifuncional de alta velocidad, es útil en una amplia variedad de aplicaciones. Se puede usar en datos serial-serial, shift left, shift right, serial-parallel, parallel-serial, y transferencias de registro paralelo-paralelo. El LS194A es similar en operación al LS195A Universal Shift Register, con funciones adicionales de desplazamiento hacia la izquierda sin conexiones externas y modos de retención (no hacer nada) de operación. Utiliza el proceso de diodos Schottky clamp para lograr de

alta velocidad y es totalmente compatible con todos los semiconductores de la familia TTL. Este registro de desplazamiento universal bidireccional tiene 10 entradas, 4 salidas y 2 terminales que corresponden a tierra y a fuente. Presenta los siguientes modos de operación:

Nota: Las formas de identificar las entradas y las salidas varían de un fabricante a otro. Funcionamiento: La carga paralela, que se sincroniza con una transición positiva de la señal de reloj, se consigue aplicando los cuatro bits de datos en las entradas paralelo y un nivel ALTO en las entradas S0 y S1. El desplazamiento a la derecha se consigue de forma síncrona con el flanco positivo del impulso de reloj cuando S0 está a nivel ALTO y S1 a nivel BAJO. En este modo, los datos serie se introducen por la entrada serie de desplazamiento a la derecha (SR SER). Cuando S0 está a nivel BAJO y S1 a nivel ALTO, los bits de datos se desplazan hacia la izquierda sincronizados con la señal de reloj, introduciendo nuevos datos por la entrada serie de desplazamiento a la izquierda (SL SER). La entrada SR SER entra en la etapa Q0 y SL SER entra en la etapa Q3. 7. Explique las diferentes formas de transferencia de datos entre dos registros de desplazamiento (74LS194): a) Desplazando a la derecha los datos en ambos registros de desplazamiento b) Desplazando a la izquierda los datos en ambos registros de desplazamiento

Desplazando a la derecha los datos en ambos registros de desplazamiento: Para lograr ello se conectan los selectores en S1S0= 01. Luego se conecta la salida Q4 del primer registro a la entrada SIR del segundo registro. Conectar los Clock en forma común a igual que los Clear (esta entrada debe estar en 1 lógico siempre). Se puede usar el SIR del primer

registro para entrada serial de datos y así se desplacen a ala derecha a través de los 2 registros por cada pulso de reloj. Inicialmente se pueden cargar los datos en forma paralela mediante las entradas ABCD, Pero inicialmente con S1S0=11, para luego de esto cambiar a S1S0=01, y así desplazar a la derecha los datos a través de los 2 registros.

Desplazando a la izquierda los datos en ambos registros de desplazamiento: Para lograr esto se conectan los selectores en S1S0=10. Luego se conecta la salida Q1 del segundo registro a la entrada SIL del primer registro. Conectar los Clock en forma común a igual que los Clear. Se puede usar el SIL del segundo registro para entrada serial de datos y así se desplacen a la izquierda a través de los 2 registros por cada pulso del Clock.

Inicialmente se puede cargar los datos en forma paralela mediante las entradas ABCD, pero inicialmente con S1S0=11, para luego de esto cambiar a S1S0=10, y así desplazar a la izquierda los datos a través de los 2 registros.

8. Para el circuito experimental, los datos en el registro R1 (74LS194) deben transferirse al registro R3 (74LS194) en 4 pulsos. ¿Cuál de las salidas de R1 conectaría a la entrada SIL del registro R3? Como se observa en la pregunta 7 (en el caso b), se trata de un desplazamiento hacia la izquierda entre registros, por lo tanto, se conectaría la salida Q1 del primer registro (R1) hacia el SIL del otro registro (R3), para que se desplace a la izquierda y así luego de 4 pulsos los datos se transfieran de registro en registro.

III. PROCEDIMIENTO Y SIMULACIONES 

Paso 2: Implementar el circuito (flip flops JK) siguiente con el CI – 74LS112 (o 74LS76), y analizar su funcionamiento:

Diseño del circuito en el programa de simulación:

Diagrama de tiempo del clock vs salidas Nota: En la primera imagen se muestran la entrada clock y las salidas QB, QC y QD en ese orden. En la segunda son mostradas solo las salidas QA, QB, QC y QD en ese orden respectivo.

Como podemos ver, este dispositivo es un registro de desplazamiento hacia la izquierda. 

Paso 3: Implementar registros de desplazamiento (con flip flops D) de entrada serie-salida serie y, entrada serie-salida paralelo con el CI – 74LS174 (o 74LS174 o 74LS374) y analizar su funcionamiento:

Entrada serie-salida serie

En la imagen superior, se muestran las salidas de cada flip flop, la respuesta de estas es similar al caso anterior; pues el dato proveniente de la entrada solo se obtiene luego de 3 pulsos del clock. De nuestro diseño circuital y del diagrama de tiempo podemos decir que este registro es del tipo desplazamiento hacia la derecha. Entrada serie-salida paralelo

La gráfica superior nos muestra las salidas de cada flip flop. Del más cercano a nuestra entrada (conectado a ella) al más lejano. A diferencia del caso anterior, el dato proveniente de la entrada se obtiene de forma inmediata mientras halla un pulso de clock, no es necesario esperar a un mayor número de pulsos para disponer del dato.



Paso 4: Modifique uno de los circuitos anteriores (entrada serie-salida serie), y conecte mediante un arreglo de compuertas como se muestra,

de manera que la data que vaya saliendo vuelva a entrar al registro. Los datos se cargan al registro cuando la señal de control R/W (READ/WRITE) está en ALTO (ESCRIBIR). Los datos se desplazan hacia afuera cuando la señal de control R/W está en BAJO (LEER).

MODO ESCRITURA Diagrama circuital

Diagrama de tiempo

Como podemos observar, cuando R/W está en ALTO, la información (datos) permanecen en estado ALTO, es decir, se almacenan o guardan en el registro. Ello siempre y cuando haya pulsos de clock. MODO LECTURA Diagrama circuital

Diagrama de tiempo

Como podemos observar, cuando R/W está en BAJO, la información (datos) empiezan a desplazarse con un tiempo dado por varios pulsos del clock.