UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Lab. Sistemas Digitales

ing. Utrilla Salazar, Daro

INFORME PREVIO DEL LABORATORIO 4 DE CIRCUITOS DIGITALES II

I.- INTRODUCCIN

Existen diversos tipos de contadores TTL y CMOS, bsicamente son Circuitos secuenciales, los cuales se implementan utilizando latch o flip flop; que configurados de cierto modo (sincrono o asincrono) nos permiten obtener la secuencia de codigos deseada. Existen diersos modos de configuracin de estos circuitos secuenciales, se tiene el contador ascendente, descendente, o escalonado; todos ellos se los puede obtener de una configuracin sincrona o asincrona.

II.- OBJETIVOS

Analizar el funcionamiento de los diversos circuitos integrados multivibradores astables y monostables.

Describir el tipo de funcionamiento en circuitos multivibradores TTL y CMOS, e indicar sus diferencias.

Viasualizar el comportamiento de los distintis circuitos contadores, utilizando leds a la salida de los CI.

Implementar los circuitos basicos descritos en el manual de laboratoirio 4 y analizar su funcionamiento.

Que el estudiante aprenda utilizar los principios bsicos para el anlisis de circuitos digitales contadores mediante simuladores y que tenga la capacidad de realizar la deteccin de fallos, corregirlos y comprobar su buen funcionamiento.

III.- RESUMEN

El experimento consta de circuitos secuenciales que desarrollan las funciones de contadores, por lo que se debe atender especial atencin de su anlisis, funcionamiento, operacin 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 tcnicos adecuados en relacin 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.

IV.- MARCO TEORICO

Con lo dicho en la introduccin, un contador es un circuito secuencial conformado bsicamente de latch o flip flop, que configurados de una manera especial se pueden generar una secuencia de datos. A continuacin se muestran las diferentes configuraciones y tipos de contadores en TTL y CMOS.

1. Contadores asncronos de rizos.

Este tipo de contadores donde cada salida del flip-flop sirve como seal de entrada CLK para el siguiente flip-flop, estos contadores no cambian de estado todos juntos por lo que se dice que no estn en sincrona, solo el primer flip flop responde a los pulsos del reloj ,luego para que al segundo flip-flop responda debe esperar que el primer flip-flop cambie de estado, y para que el tercer flip-flop se complemente debe esperar que el segundo flip-flop cambie de estado, y as sucesivamente con los dems flip-flop. Por lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip-flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 10-40nsg.

. En el diagrama lgico se muestra un contador asncrono binario ascendente de tres bits diseado a partir de flip-flop J-K en configuracin toggle con disparo por borde de subida. Debido a que posee tres flip-flop, su ciclo bsico se compone de ocho estados que van desde cero (000) hasta siete (111) en forma secuencial y repetitiva.

Figura1: diseo del contador asincrono con FF-JK

2. Contadores Asncronos en CI.

Existen varios contadores asncronos en CI, tanto TTL como CMOS. Uno de ello es el TTL 74293. la figura muestra el diagrama lgico para el 74293. note los siguientes puntos:

El 74293 tiene cuatro flip-flop J-K con salidas Q0 Q1 Q2 Q3, donde Q0 corresponde al LSB y Q3 MSB. La distribucin de los flip-flops es tal que el LSB se encuentra en el extremo izquierdo para satisfacer la convencin de que las seales de entrada al circuito aparezcan a la izquierda.

Cada flip-flops tiene una entrada CP ( pulso de reloj) que es solo otro nombre para la entrada CLK, se puede tener acceso externo a las entradas de reloj para Q0 Y Q!, marcadas como CP0 Y CP1. la barras de inversin sobre estas entradas indican que se activan por un TPN.

Cada flip-flops tiene una entrada asncrona borrar (CD). Estas se encuentran conectadas entre s a la salida de una compuerta nand de dos entradas MR1 y MR2, donde MR denota reiniciacin maestra. Ambas entradas MR deben estar altas para borrar el contador y ponerlo en 0000.

Los flip-flops Q1,Q2,Q3, ya estn conectados como un contador de rizos de tres BIT, el flip-flops Q0 no esta conectado internamente a nada. Esto permite que el usuario opte por conectar Q0 a Q1 para formar un contador de 4 BIT o usar Q0 en forma separada si as lo desea.

3. Contadores sncronos paralelos.El problema que se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propagacin de los flip-flops dicho de otra manera no todos los flip-flops cambian en sincrona con los pulsos de entrada. Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores sncronos o paralelos, en el que todos los flip flops se disparan en forma simultanea (en paralelo) por medio de los pulsos de reloj. Ya que los pulsos de entrada se aplican a todos los flip-flops debe utilizase algn medio para controlar cuando un flip-flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de reloj. Esto se logra utilizando la entradas J y K que en la siguiente figura para un contador MOD 16 de 4 BIT.

4. Contador asncrono CMOS.

En la familia CMOS existen varios contadores asncronos. La mayora son equivalentes a las versiones TTL. Si embargo existen varios contadores asncronos de CI que no tiene contraparte en la familia TTL, uno de ellos es 74HC4024. este CI es un contador de 7BIT con una entrada maestra de reestablecimiento asncrono. Los 7 flip-flops estn conectados internamente como un contador de rizos MOD 128. La entrada MR es activa en alto y puede emplearse para reiniciar todos los flip-flops hacia el estado cero.

5. Contadores sncronos paralelos.

El problema que se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propagacin de los flip-flops dicho de otra manera no todos los flip-flops cambian en sincrona con los pulsos de entrada. Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores sncronos o paralelos, en el que todos los flip flops se disparan en forma simultanea (en paralelo) por medio de los pulsos de reloj. Ya que los pulsos de entrada se aplican a todos los flip-flops debe utilizase algn medio para controlar cuando un flip-flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de reloj. Esto se logra utilizando la entradas J y K que en la siguiente figura para un contador MOD 16 de 4 BIT.

6. Contador Johnson.

Aparte de los contadores binarios que pasan por todos sus posibles estados y de los de secuencia truncada, en los cuales el nmero mximo de posibles estados es 2n, donde n corresponde al nmero de flip-flops, existen contadores que tengan un nmero de estados determinado por la regla 2n, donde n es el nmero de flip-flops. Adems estos contadores poseen una realimentacin de la salida complementaria de la ltima etapa independiente del nmero de etapas del contador, a la entrada del primer flip-flop, dando como resultado una secuencia caracterstica.

En el diagrama lgico se muestra un contador de Johnson ascendente de tres bits diseado a partir de flip-flops Data con disparo por borde de subida. Debido a que posee tres flip-flops, su nmero mximo de estados es 6, con un ciclo bsico que va desde cero (000) luego el contador se llenar 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.

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V.- PARA EL INFORME PREVIO.

1. Definir el concepto de contador digital, analice su funcionamiento y mencione los tipos caractersticos de los contadores segn la sincronizacin con la seal de reloj (Clk) y analizar cada uno de ellos (Los circuitos y sus caractersticas, tablas de estados y diagramas de tiempo).

Existen diversos tipos de contadores TTL y CMOS, bsicamente son Circuitos secuenciales, los cuales se implementan utilizando latch o flip flop; que configurados de cierto modo (sincrono o asincrono) nos permiten obtener la secuencia de codigos deseada. Existen diersos modos de configuracin de estos circuitos secuenciales, se tiene el contador ascendente, descendente, o escalonado; todos ellos se los puede obtener de una configuracin sincrona o asincrona.

a) Contadores asncronos

Este tipo de contadores donde cada salida del flip-flop sirve como seal de entrada CLK para el siguiente flip-flop, estos contadores no cambian de estado todos juntos por lo que se dice que no estn en sincrona, solo el primer flip flop responde a los pulsos del reloj ,luego para que al segundo flip-flop responda debe esperar que el primer flip-flop cambie de estado, y para que el tercer flip-flop se complemente debe esperar que el segundo flip-flop cambie de estado, y as sucesivamente con los dems flip-flop. Por lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip-flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 10-40nsg.

. En el diagrama lgico se muestra un contador asncrono binario ascendente de tres bits diseado a partir de flip-flop J-K en configuracin toggle con disparo por borde de subida. Debido a que posee tres flip-flop, su ciclo bsico se compone de ocho estados que van desde cero (000) hasta siete (111) en forma secuencial y repetitiva.

b) Contadores sncronos paralelos.El problema que se encuentra en los contadores de rizo es ocasionado por los retrasos acumulados en la propagacin de los flip-flops dicho de otra manera no todos los flip-flops cambian en sincrona con los pulsos de entrada. Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores sncronos o paralelos, en el que todos los flip flops se disparan en forma simultanea (en paralelo) por medio de los pulsos de reloj. Ya que los pulsos de entrada se aplican a todos los flip-flops debe utilizase algn medio para controlar cuando un flip-flops se dispare o permanezca inalterado por un pulso de reloj. Esto se logra utilizando la entradas J y K que en la siguiente figura para un contador MOD 16 de 4 BIT.

2. Describir las caractersticas especificas de los contadores : Contadores asncronos, sincronos. y sus aplicaciones.

Un contador asincrono es aquel en donde cada salida del flip-flop sirve como seal de entrada CLK para el siguiente flip-flop, estos contadores no cambian de estado todos juntos por lo que se dice que no estn en sincrona, solo el primer flip flop responde a los pulsos del reloj ,luego para que al segundo flip-flop responda debe esperar que el primer flip-flop cambie de estado, y para que el tercer flip-flop se complemente debe esperar que el segundo flip-flop cambie de estado, y as sucesivamente con los dems flip-flop. Por lo tanto existe un leve retraso entre las respuestas de cada flip-flop, en los ff modernos este retraso es relativamente corto va del orden de los 10-40nsg. Estas limitaciones pueden superarse con el uso de contadores sncronos o paralelos, en el que todos los flip flops se disparan en forma simultanea (en paralelo) por medio de los pulsos de reloj. 3. De los manuales tcnicos obtener los IC TTL y CMOS que cumplen con las funciones de contadores, analice brevemente las tabla de verdad, diagramas de tiempo. Y funcionamiento.

1.- CONTADOR BINARIO DE 4 BITS TTL 7493.

El contador 7493 utilizan 4 flip-flops JK en modo de conmutacin, con entradas de reloj P0 y P1 en donde P1 es la entrada de reloj del segundo flip-flop por lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la salida del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entrada P1, quedando P0 como la entrada de reloj del contador.

Tambin tiene dos entradas de reset (MR1 y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque, como estas se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendra en reset al contador.

Contador 7493

2.- CONTADOR CMOS 74HC393

El CI 74HC393 es un doble contador binario de 4 bits. Esta construido a base del flip-flop T. Las entradas de reloj (1P y 2P) son activadas por flanco posterior, o sea, en la transicion de ALTO a BAJO del pulso de reloj.

Las entradas de reset (1MR y 2 MR) del maestro en el contador se activan en nivel ALTO, las salidas se etiquetan desde Q0 a Q3, siendo Q0 el LSB y, Q3 el MSB del numero binario de 4 bits. Requiere una fuente de alimentacion de 5V DC y viene en un CI DIP de14 patillas.

Figura 14: Diagrama lgico del contador CMOS 74HC393

3.- CONTADOR CMOS CI 74HC193

El CI 74HC193 es un contador reversible sncrono de 4 bits preinicializable como lo muestra la hoja de datos.

Figura 16: Contador CMOS 74HC193

Tiene 2 entradas de reloj (CPU y CPD), que se activan en la transicin del nivel BAJO al ALTO del pulso de reloj, la entrada CPU es para la cuenta ascendente (UP) y la entrada CPD es para la cuenta descendente (D), por lo que dependiendo si el contador que se necesite se conecta al nivel alto o +5V.

Los modos de operacin del contador CMOS 74HC193 se muestran en la tabla de verdad 5. El modo de reset borra asncronamente las salidas (Q0 a Q3) al binario 0000 activndose en ALTO el cual puede ser un pulso de corta duracin.

Las entradas de carga de datos en paralelo (D0 a D3) se utilizan para programar un nmero en binario desde donde se quiere que empiece a contar de nuevo al activar la entrada de carga en paralelo (P)) con un nivel BAJO y los datos son transferidos asncronamente a las salidas (Q0 a Q3). Las salidas de arrastre T5 y T generan un pulso negativo, para la conexin en cascada de contadores, ya sea en forma ascendente o en forma descendente la cuenta de estos.

El contador 74HC193 viene en un DIP de 16 patillas y opera con una tensin de alimentacin de +5V DC.

4.- EL CD4029 es un contador sincrnico "Up-Down", Contador Progresivo/Regresivo, Preajustable, Binario/DcadaEs un contador de 4 bits que opera como dcada (0000 a 1001), tanto en el sentido creciente como decreciente.Adems de la entrada normal de clock (informacin de tipo serie) posee 4 entradas disponibles para informacin paralela. Esas entradas permiten que el contador sea cargado con un determinado dato (nmero binario) e inicie a partir de all la cuenta.

4. Cual es la diferencia entre un contador asncrono y un contador sincrono; as como la diferencia entre un contador convencional y un contador escalador; muestre circuitos prcticos para explicarlos..

La diferencia es que en un contador asincrono la salida de cada flip flop sirve como entrada de reloj del siguiente, mientras que en in cintador sincrono, las entradas de relos se activan simultaneamete en cada FF, conectados en paralelo. Un contador escalador es aquel que esta configurado para generar una secuencia desordenada de codigos (en esta secuencia solo se puede utilizar un codigo en binario a la vez).

5. Disear un contador asncrono utilizando FFs de tipo JK, de modulo 16, 12,

10, 6.

a)

b)

c)

d)

6. Disear un contador descendente modulo 13, utilizando FFs tipo D.

7. Disear un contador UP/DOWN modulo 10; utilizando FFs de tipo JK y tipo D.

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