Temario Contadores asincrónicos y sincrónicos • Arquitectura • Características • Circuitos comerciales • Diseño Máquinas de estado finito • Mealy • Moore • Ejemplo

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Contadores digitales • Arreglos de flip-flops • Secuencia finita de estados Aplicaciones • Conteo de pulsos (eventos) • División de frecuencia • Control y temporización • Direccionamiento de memorias

Diagrama de transición de estados de un contador binario de 3 bits 30/04/2013

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Clasificación de los contadores digitales 1. Atendiendo al código de salida Binario (natural) BCD En anillo En Gray Johnson Arbitrario 2. Atendiendo al sentido de conteo Contador hacia arriba (ascendentes) Contador hacia abajo (descendentes) Contador en ambos sentidos, no simultáneos 3. Atendiendo a la posibilidad de preselección Contador con carga en paralelo Contador con puesta a cero inicial solamente 4. Atendiendo a la forma de propagarse la señal de reloj internamente Contador asíncrono (contadores con propagación) Contador síncrono. 30/04/2013

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Especificaciones de los contadores digitales • Tipo: sincrónico ó asicncrónico. • Módulo: cantidad de estados que componen la secuencia completa • Cantidad de bits: FFs (etapas, stages)

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Contadores asincrónicos (de rizo, de rizado o ripple)

CLK se propaga entre los FFs FFs: tipo T ó JK Secuencia: binaria natural Módulo = 2N (N: número de FFs) En cada etapa: fCLK/2 No requiere lógica adicional

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Contador asincrónico ascendente

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Contador asincrónico descendente

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Diseño: Contador asincrónico de 4 bits ascendente / descendente

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Qk-1 / Qk-1/ CS

00 01 11 10

0 0 1

1 0

1 0

1 1

0

CLK = CS/. Qk-1/ + CS. Qk-1 Qk-1 CS Qk-1/ CS/ 30/04/2013

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Llave digital 12

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Modificación del módulo en contadores asincrónicos

Identificar el primer estado no deseado y llevar al contador al estado inicial de la secuencia

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Diagrama temporal

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Procedimiento general de diseño

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Tiempo de propagación en contadores asincrónicos

Contador de 3 bits tp = 50 ns fCLK = 1 MHz TCLK = 1 µs

Retardo total = N. tp = 3. 50 ns 30/04/2013

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Formas comerciales Contadores asincrónicos • 4024: contador ripple de 7 bits • 4020: contador ripple de 14 bits • 4040: contador ripple de 12 bits

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Contadores sincrónicos

• CLK en paralelo • FFs JK ó D • Retardo de propagación independiente del número de FFs • Mayor velocidad de operación • Requiere lógica externa

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Contador sincrónico ascendente de 4 bits

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Tiempo de propagación en contadores sincrónicos

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Contador Johnson

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4017: Johnson de 10 salidas decodificadas 4022: Johnson de 8 salidas decodificadas

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Contador en anillo

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Formas comerciales Contadores BCD (década) • 4029 Contadores Johnson decodificados (con salidas decodificadas) • 4017: contador de 5 bits Contadores prefijables • 74x163: contador de 4 bits • 4029

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Modificación del módulo de contadores sincrónicos Contador 0, 1, 2, …,10 con el 74x163

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Diagrama temporal

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Decodificación de contadores Decodificar es identificar unívocamente cada estado de la secuencia activando una sola salida por cada estado de la misma Decodificación con compuertas

A/ B/ C/

A B/ C/

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D0

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Formas comerciales

Contadores Johnson  4017: Johnson de 10 salidas decodificadas  4022: Johnson de 8 salidas decodificadas

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Generalizando…

• Saltos arbitrarios • Salidas decodificadas • Entradas que modifiquen la secuencia.

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Máquinas de estado sincrónicas temporizadas Máquina de Moore

Estado siguiente = F(estado actual, entrada) Salida = G(estado actual)

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Máquinas de estado sincrónicas temporizadas Máquina de Mealy

Estado siguiente = F(estado actual, entrada) Salida = G(estado actual, entrada)

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Un caso de máquina de Moore: los contadores sincrónicos

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Arquitectura de un contador sincrónico generalizado

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Diseño: estados sin utilizar

Enfoque del Costo mínimo

Enfoque del Riesgo mínimo

No se tiene en cuenta en el diseño lo que puede suceder al entrar en un estado no perteneciente a la secuencia

Al entrar en un estado no perteneciente a la secuencia, el secuencial es forzado a pasar nuevamente a la secuencia

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Diseño: determinación de las ecuaciones de excitación

Flip flop: Di = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-D Ji = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK Ki = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK con i = 0, 1, …, n 30/04/2013

Tabla de verdad alternativa FF D Electrónica Digital

Tabla de verdad alternativa FF JK 37

Ejemplo

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Completando las otras ecuaciones… (costo mínimo)

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(riesgo mínimo)

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Circuito secuencial (versión de costo mínimo) 30/04/2013

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Resumen del procedimiento

Establecer los estados (cantidad y asignación) Establecer el tipo de FF para el diseño Decidir el criterio de diseño (costo o riesgo mínimo)una tabla Construir de transición de estados Hallar las ecuaciones de excitación Dibujar el diagrama lógico y dibujar o simular un diagrama temporal

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Bibliografía básica -Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer, Prentice Hall, 8va. Ed., 2003 (CAP 7) Bibliografía de ampliación - Diseño digital, Wakerly, Pearson, 3ra. Ed., 2001 (CAP 7) - Hojas de datos y de aplicación de fabricantes

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Resumen del procedimiento

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Ejemplo: Decodificación de un contador Johnson

Ventaja Johnson: No importa la cantidad de bits, siempre son necesarios solo 2 bits para decodificar

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Tabla de estados, asignación de variables de estado, tabla de transición y tabla de excitación

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Contadores BCD

Formas comerciales

4029: presettable up/down counter binary or BCD decade

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Diagrama de tiempos (conteo BCD)

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Ecuaciones de excitación

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Máquinas de estado finito

Marcapasos a demanda bicameral

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